KR101499084B1 - Metal oxide scaffolds - Google Patents

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Abstract

본 발명은 티타늄 산화물을 포함하는 금속 산화물 스캐폴드에 관한 것이다. 본 발명의 스캐폴드는 조직 재생을 위해서와 재생하는 조직에 세포 성장 및 안정화를 위한 프레임웍을 제공하기 위해서 대상자에게로 이식을 위해 유용하다. 본 발명은 또한 이러한 금속 산화물 스캐폴드의 제조 방법 및 그것의 용도에도 관련된다.

Figure 112009044457018-pct00003

티타늄, 금속, 산화물, 스캐폴드, 조직 재생, 세포 성장, 골유착, 임플란트.

The present invention relates to metal oxide scaffolds comprising titanium oxide. The scaffolds of the present invention are useful for implantation into a subject to provide a framework for cell growth and stabilization for tissue regeneration and tissue regeneration. The present invention also relates to a method for producing such a metal oxide scaffold and its use.

Figure 112009044457018-pct00003

Titanium, metal, oxide, scaffold, tissue regeneration, cell growth, osseointegration, implant.

Description

금속 산화물 스캐폴드{METAL OXIDE SCAFFOLDS}METAL OXIDE SCAFFOLDS < RTI ID = 0.0 >

본 발명은 대상자에 이식을 위한 기계적 안정성과 생체적합성의 점에서 개선된 성질을 갖는 재료를 포함하는 임플란트의 분야에 관한 것이다. 구체적으로, 본 발명은 다공질 세라믹 금속 재료를 포함하는 임플란트에 관한 것이고 골전도 및 골유착 재료로서 사용하기 위한 이러한 재료의 제조 방법에 관련된다.The present invention relates to the field of implants comprising a material having improved properties in terms of mechanical stability and biocompatibility for implantation in a subject. Specifically, the present invention relates to an implant comprising a porous ceramic metallic material, and relates to a method for producing such a material for use as a bone conduction and osseointegration material.

외상, 종양, 암, 치주염 및 골다공증와 같은 질환은 골 손실, 감소된 골 성장 및 부피를 가져올 수 있다. 이들 및 다른 이유들로, 골 성장을 개선하고 골 해부학적 구조(anatomy)를 회복하는 방법을 찾는 것이 매우 중요하다. 골 재생 과정에 참여하는 세포들을 위한 프레임웍으로서, 그리고 또한 손실된 골 구조물에 대한 대체물로서의 프레임웍으로서 스캐폴드가 사용될 수도 있다. 또한 관심있는 것은 골 세포들을 성장하도록 자극하여 치유 과정 후 골에 의해 이식된 구조물의 코팅을 허용하는 표면 구조물을 갖는, 환자에 이식할 스캐폴드를 제공하는 것이다.Diseases such as trauma, tumors, cancer, periodontitis and osteoporosis can lead to bone loss, reduced bone growth and volume. For these and other reasons, it is very important to find ways to improve bone growth and restore anatomy. The scaffold may be used as a framework for cells participating in the bone regeneration process, and also as a framework for replacement of missing bone structures. What is also of interest is to provide a scaffold to be implanted in a patient having a surface structure that stimulates bone cells to grow to permit coating of the bone grafted structure after the healing process.

정형외과 임플란트는 이들 구조물에서 통증의 완화를 포함하는, 근골격계, 특히 관절과 뼈에 있어서 기능의 보존 및 회복에 이용된다. 혈관 스텐트는 국소화된 혈류 협착을 예방 또는 길항작용하도록 혈관에의 삽입을 위해 배치된 관형 임플란트이다. 다시 말하면 그것들은 혈관 직경의 상당한 감소에 길항작용한다.Orthopedic implants are used to preserve and restore function in the musculoskeletal system, particularly joints and bones, including relief of pain in these structures. A vascular stent is a tubular implant placed for insertion into a blood vessel to prevent or antagonize localized blood flow stenosis. In other words, they antagonize a significant reduction in blood vessel diameter.

정형외과 임플란트는 생물학적 환경에서 안정하며 최소 변형력을 가지고 물리적인 스트레스를 견디는 재료로 통상 구성된다. 이들 재료는 강도, 내식성을 지녀야 하며, 양호한 생체적합성, 그리고 양호한 마모 성질을 가져야 한다. 이들 요건을 충족하는 재료는 티타늄 및 코발트-크롬 합금과 같은 생체적합성 재료를 포함한다.Orthopedic implants are typically composed of materials that are stable in biological environments and that have minimal strain and endure physical stress. These materials must have strength, corrosion resistance, good biocompatibility, and good abrasion properties. Materials meeting these requirements include biocompatible materials such as titanium and cobalt-chromium alloys.

조직공학의 목적으로, 세포의 성장을 지지하는 스캐폴드를 사용하는 것이 앞서 공지되어 있다. 스캐폴드 기공 크기, 기공도 및 상호연결성은 세포의 작용과 재생된 세포의 질에 영향을 주는 중요한 인자인 것으로 생각된다. 종래 기술의 스캐폴드는 전형적으로 인산 칼슘, 수산화인회석 및 다른 종류의 폴리머들로 만들어진다.For tissue engineering purposes, it has been previously known to use a scaffold to support cell growth. Scaffold pore size, porosity and interconnectivity are thought to be important factors affecting cell function and regenerated cell quality. Prior art scaffolds are typically made of calcium phosphate, hydroxyapatite, and other types of polymers.

조직공학의 한가지 원리는 세포를 수집하고, 필요하면, 시험관 내에서 세포 개체군을 확장하고, 그것들을 세포들이 완전한 조직 또는 기관으로 성장할 수 있는 지지하는 3차원 스캐폴드에 파종한다[1-5]. 대부분의 임상 용도를 위해서, 스캐폴드 재료 및 구조물의 선택은 중요하다[6-8]. 스캐폴드 내에 높은 세포 밀도를 달성하기 위해서, 재료는 높은 표면적 대 부피 비를 갖는 것이 필요하다. 기공들은 개방이어야 하고 세포들이 스캐폴드로 이동할 수 있도록 충분히 커야 한다. 세포들이 재료 표면에 부착되었을 때 영양분 전달, 폐기물 제거, 물질 또는 세포의 추방 및 단백질 운반을 허용하기에 충분한 공간 및 통로이어야 하는데 이것은 단지 기공들의 상호연결된 망상구조로 얻을 수 있다[9, 10]. 이식된 스캐폴드에 대한 생물학적 반응은 3차원 미세구조물(microarchitecture)과 같은 스캐폴드 설계 인자들에 의해 또한 영향을 받는다[11]. 물질의 구조적 성질에 더하여, 세포 부착을 위한 재료 표면의 물리적 성질이 필수적이다.One principle of tissue engineering is to collect cells and, if necessary, expand the cell populations in vitro and seed them into a three-dimensional scaffold that supports the cells to grow into complete tissue or organs [1-5]. For most clinical applications, selection of scaffold materials and structures is important [6-8]. To achieve high cell density in the scaffold, the material needs to have a high surface area to volume ratio. The pores should be open and large enough to allow the cells to move to the scaffold. There must be sufficient space and passage to permit nutrient delivery, waste removal, material or cell depletion, and protein transport when cells are attached to the surface of the material, which can only be achieved with interconnected networks of pores [9, 10]. Biological responses to grafted scaffolds are also influenced by scaffold design factors such as three-dimensional microarchitecture [11]. In addition to the structural properties of the material, the physical properties of the material surface for cell attachment are essential.

티타늄 및 티타늄 합금은 그것들의 골 조직과의 생체적합성과 그것들이 골 조직과 직접 견고한 부착을 형성하는 경향으로 인해 치과 및 정형외과 수술에서 임플란트 재료로서 빈번하게 사용되고 있다. 이러한 견고한 부착을 이끄는 골 조직과 금속 간의 이러한 상호작용은 "골유착(osseointegration)"이라고 부른다.Titanium and titanium alloys are frequently used as implant materials in dental and orthopedic surgery due to their biocompatibility with their bony tissue and their tendency to form a strong bond directly with bone tissue. This interaction between the bone tissue and the metal leading to this rigid attachment is called "osseointegration. &Quot;

뼈 임플란트에 사용하기에 유용한 티타늄, 지르코늄, 하프늄, 탄탈, 니오븀, 또는 그것들의 합금과 같은 일부 금속 또는 합금들은 골 조직 자체 만큼 강할 수도 있거나, 때때로 더 강할 수도 있는 결합인 골 조직과의 비교적 강한 결합을 형성할 수 있다.Some metals or alloys, such as titanium, zirconium, hafnium, tantalum, niobium, or alloys thereof, that are useful for use in bone implants may be as strong as the bone tissue itself, or may have a relatively strong bond with bone tissue, Can be formed.

금속, 예를 들면, 티타늄 및 골 조직 간의 결합이 비교적 강할지라도, 이 결합을 향상시키는 것이 종종 바람직하다.It is often desirable to improve this bond, although the bond between the metal, for example, titanium and the bone tissue, is relatively strong.

현재까지 임플란트의 더 양호한 부착과 따라서 개선된 골유착을 얻기 위해 금속 임플란트를 처리하는 몇가지 방법들이 있다. 이것들 중 일부는 예를 들어서, 미처리 표면에 비해 표면 거칠기를 증가시키기 위해 임플란트 표면에 비교적 큰 불규칙성을 조장함으로써 임플란트의 형태를 변경시키는 것을 수반한다. 증가된 표면 거칠기는 임플란트와 골 조직 간에 더 큰 접촉 및 부착 면적을 제공하고, 이로써 양호한 기계적 유지력 및 강도를 얻을 수 있다. 표면 거칠기는 예를 들어서, 플라즈마 분무, 블라스팅 또는 에칭에 의해 제공될 수 있다. 임플란트 표면의 거칠은 에칭은 플루오르화 수소산(HF) 또는 염산(HCl)과 황산(H2SO4)의 혼합물과 같은 환원 산으로 수행될 수 있다. 이러한 거칠은 에칭 공정의 목적은 2-10㎛ 범위 내의 기공 직경 및 1-5㎛ 범위 내의 기공 깊이와 같은 오히려 더 큰 불규칙성을 갖는 임플란트 표면을 얻기 위한 것이다.To date there are several ways to treat metal implants to obtain better adhesion of implants and thus improved bone adhesion. Some of these involve, for example, altering the shape of the implant by promoting a relatively large irregularity on the implant surface to increase the surface roughness compared to the untreated surface. Increased surface roughness provides greater contact and attachment area between the implant and bone tissue, thereby achieving good mechanical retention and strength. The surface roughness can be provided by, for example, plasma spraying, blasting or etching. The rough etching of the implant surface may be performed with a reducing acid such as hydrofluoric acid (HF) or a mixture of hydrochloric acid (HCl) and sulfuric acid (H 2 SO 4 ). The purpose of such a coarse etching process is to obtain an implant surface with rather large irregularities such as pore diameters in the range of 2-10 mu m and pore depths in the range of 1-5 mu m.

다른 방법들은 임플란트 표면의 화학적 성질의 변경을 수반한다. 이것은 표면 화학과 또한 같은 근거로 표면 나노 구조를 수정하기 위해, 예를 들어서 낮은 농도의 플루오라이드 용액, 예를 들면 HF 또는 NaF를 사용함으로써 행해질 수도 있다. 예를 들면, 한가지 이러한 방법은 특히, 골 조직의 재생을 자극하기 위해 임플란트 표면에 수산화인회석과 같은 세라믹 재료 층의 적용을 수반한다. 그러나, 세라믹 코팅은 깨지기 쉽고 임플란트 표면으로부터 벗겨지거나 떨어질 수도 있는데, 이것은 차례로 임플란트의 궁극적인 실패를 가져올 수도 있다.Other methods involve the modification of the chemical properties of the implant surface. This may also be done by modifying the surface nanostructure on the same basis with surface chemistry, for example by using a low concentration of fluoride solution, for example HF or NaF. For example, one such method involves, inter alia, the application of a layer of ceramic material, such as hydroxyapatite, to the implant surface to stimulate regeneration of the bone tissue. However, ceramic coatings are fragile and may peel or fall off the implant surface, which in turn may lead to ultimate failure of the implant.

임플란트 표면 개질의 상기 개시된 방법 이외에, 산소와 접촉하여, 티타늄, 지르코늄, 하프늄, 탄탈, 니오븀 및 그것들의 합금은 즉각적으로 얇은 산화물 층으로 덮이게 된다는 것도 주목하게 될 것이다. 티타늄 임플란트의 산화물 층은 주로 이산화티탄(IV)(TiO2)이고 소량의 Ti2O3 및 TiO를 포함한다. 티타늄 산화물은 일반적으로 약 4-8 nm의 두께를 갖는다.It will also be noted that, in addition to the above-described methods of implant surface modification, titanium, zirconium, hafnium, tantalum, niobium, and alloys thereof are immediately covered with a thin oxide layer in contact with oxygen. The oxide layer of the titanium implant is mainly titanium dioxide (IV) (TiO 2 ) and contains small amounts of Ti 2 O 3 and TiO 2 . Titanium oxide generally has a thickness of about 4-8 nm.

WO 95/17217 및 WO 94/13334는 금속 임플란트를 플루오라이드를 포함하는 수용액으로 처리하는 다른 방법들을 기술하고 있다. 이들 두 종래기술의 출원은 개선된 생체 적합성을 갖는 금속 임플란트 및 이러한 금속 임플란트의 제조방법을 기술 한다. 상세하게는, 골 조직 부착 속도가 증가하고 임플란트와 골 조직 간의 더 강한 결합이 얻어진다. 이들 임플란트의 개선된 생체적합성은 임플란트 표면에 플루오르 및/또는 플루오라이드의 보유로 인한 것으로 생각된다.WO 95/17217 and WO 94/13334 describe other methods of treating metal implants with an aqueous solution comprising fluoride. These two prior art applications describe metal implants with improved biocompatibility and methods of making such metal implants. Specifically, the rate of attachment of bone tissue is increased and a stronger bond between the implant and bone tissue is obtained. The improved biocompatibility of these implants is believed to be due to the retention of fluorine and / or fluoride on the implant surface.

플루오르 및/또는 플루오라이드는, 제이 이 엘링센(J E Ellingsen, "플루오라이드로 티탄 임플란트의 처리는 뼈 안에 티탄 임플란트의 유지력을 개선한다", Journal of Material Science: Materials in Medicine, 6 (1995), pp 749-753)에 따르면, 표면 티타늄 산화물 층과 반응하고 티타늄 결합된 산소를 대치하여 티탄 플루오라이드 화합물을 형성하는 것으로 추정된다. 생체 내에서, 조직 체액 내의 인산염의 산소는 산화물 층에서 플루오라이드를 대치할 수도 있고, 그 다음 티타늄 표면에 공유 결합될 것이다. 이것은 골 내의 인산염이 티타늄 임플란트에 결합되는 골 형성을 유도할 수도 있다. 더욱이, 방출된 플루오라이드는 이 반응을 촉매작용하고 둘러싸인 뼈 안에서 플루오르화된 수산화인회석 및 플루오르애퍼타이트의 형성을 유도한다.Fluoride and / or fluoride can be prepared by the method of JE Ellingsen, "Treatment of titanium implants with fluoride improves retention of titanium implants in bone ", Journal of Material Science: Materials in Medicine, 6 (1995) 749-753), it is assumed that it reacts with the surface titanium oxide layer and replaces titanium-bonded oxygen to form a titanium fluoride compound. In vivo, the oxygen of the phosphate in the tissue fluid may replace the fluoride in the oxide layer and then be covalently bound to the titanium surface. This may lead to bone formation in which bone phosphates bind to titanium implants. Moreover, the released fluoride catalyzes this reaction and induces the formation of fluorinated hydroxyapatite and fluoroperatite in the surrounding bone.

WO 04/008983 및 WO 04/008984는 임플란트의 생체적합성을 개선하는 다른 방법을 개시한다. WO 04/008983은 임플란트 표면에서 플루오르 및/또는 플루오라이드를 제공하고 ≤ 250 nm의 평균 제곱근 거칠기(Rq 및/또는 Sq)를 갖는 표면에의 미세거칠기를 제공하고 그리고/또는 ≤ 1 ㎛의 기공 직경과 ≤ 500 nm의 기공 깊이를 갖는 기공을 제공하는 방법을 개시한다. WO 04/008984는 ≤ 1 ㎛의 기공 직경과 ≤ 500 nm의 기공 깊이를 가지며 기공 직경의 15 내지 150%의 기공 깊이의 절반에서 피크 폭을 갖는 기공을 갖는 미세거칠기를 제공하기 위해 금속 임플란트 표면을 처 리하는 방법을 개시한다.WO 04/008983 and WO 04/008984 disclose other methods of improving the biocompatibility of implants. WO 04/008983 provides fluorine and / or fluoride on the implant surface and provides fine roughness to the surface with a mean square root roughness (Rq and / or Sq) of < 250 nm and / or a pore diameter < And pores having a pore depth of < = 500 nm. WO 04/008984 discloses a metal implant surface having a pore diameter of ≤ 1 μm and a pore depth of ≤ 500 nm and providing micro-roughness with pores having a peak width at half the pore depth of 15 to 150% The method comprising:

골 내부성장은 세포 크기가, 직경 대략 100 ㎛(0.1 mm)인 지주(strut)들을 갖는 지주골(trabecular bone)의 세포 크기(0.25-0.5 mm)와 대략 같은, 고도로 다공질의 개방 세포 구조에서 우선적으로 일어나는 것으로 알려져 있다. 제어된 미세구조를 지니는 높은 기공도를 갖는 재료가 정형외과용 및 치과용 임플란트 제조업자 둘다에게 관심이 있다. 정형외과 시장을 위해서는, 골 내부성장 및 외부성장 선택사항은 현재 다음을 포함한다: (a) DePuy Inc.는 금속 비드를 임플란트 표면에 소결하여, 골 내부성장을 위한 적합한 기공 크기이나, 골 내부성장을 위한 최적 기공도보다 낮은 기공도를 갖는 제어된 미세구조물을 가져온다; (b) Zimmer Inc.는 확산 결합하고 있는 느슨한 섬유들에 의해 제조된 섬유 금속 패드를 사용하는데, 패드는 임플란트에 확산 결합되어 있거나 복합 구조물에 삽입 사출 성형되어 있고, 이것 또한 골 내부성장을 위한 최적 기공도보다 낮은 기공도를 갖는다; (c) Biomet Inc.는 플라즈마 분무된 표면을 사용하는데, 이것은 위로 성장하는 거칠기 처리된 표면을 가져오고 골 내부성장을 가져오지는 않는다; 그리고 (d) Implex Corporation은 화학 증착 공정을 사용하여, 금속 발포체라고도 부르는 탄탈 코팅된 탄소 미세구조물을 제조한다. 연구에 의하면 이 "지주 금속(trabecular metal)"은 높은 품질의 골 내부성장을 가져온다는 것을 제안하였다. 지주 금속은 높은 기공도, 개방 세포 구조 및 골 내부성장에 도움이 되는 세포 크기의 이점들을 갖는다. 그러나, 지주 금속은 제어하기 어려운 화학구성 및 코팅 두꼐를 갖는다. 지주 금속은 주로 화학 증착(CVD)에 관련된 재료 및 공정 비용과 긴 처리 시간으로 인해 매 우 고가이다. 더욱이, CVD는 생의학적 용도를 위해 제조가 혐오스러운 매우 독성의 화학물질의 사용을 요한다.Bone ingrowth is preferential in a highly porous open cell structure, with cell size approximately equal to the cell size (0.25-0.5 mm) of the trabecular bone with struts with diameters of approximately 100 μm (0.1 mm) Is known to occur. Materials with high porosity with controlled microstructure are of interest to both orthopedic and dental implant manufacturers. For the orthopedic market, bone internal and external growth options currently include: (a) DePuy Inc. sintered metal beads on the implant surface to determine the appropriate pore size for intra-osseous growth, Resulting in a controlled microstructure with a lower porosity than the optimal porosity for the < RTI ID = 0.0 > (b) Zimmer Inc. uses fiber metal pads made by spreading loose fibers, the pads being either diffusion bonded to the implant or injection molded into the composite structure, which is also optimized for bone internal growth Has lower porosity than porosity; (c) Biomet Inc. uses a plasma sprayed surface, which results in a roughened surface that grows upwards and does not lead to intra-osseous growth; And (d) Implex Corporation uses a chemical vapor deposition process to produce tantalum-coated carbon microstructures, also called metal foams. Studies have suggested that this "trabecular metal" leads to high quality bone internal growth. The stranded metal has advantages of high porosity, open cell structure and cell size to aid bone internal growth. However, the support metal has a chemical composition and a coating thickness that are difficult to control. The matrix metal is very expensive, mainly due to the material and process costs associated with chemical vapor deposition (CVD) and long processing times. Moreover, CVD requires the use of highly toxic chemicals that are disgusting for biomedical uses.

오늘날 이용가능한 스캐폴드는 종종 분해가능한데, 이것은 그것들이 대상자에 이식 후 분해됨을 의미한다. 이것이 어떤 경우에는 바람직하지만, 다른 경우에는 임플란트 자체의 안정화 기능의 상실을 또한 가져오기 때문에 단점일 수도 있다. 또한, 종래 기술의 스캐폴드는 종종 염증 반응을 촉발하고 감염을 야기한다. 예를 들면, 동물 유래의 뼈 임플란트 스캐폴드는 또 다른 동물에 이식했을때 알레르기 반응을 야기할 수도 있다. 부동태 산화물을 갖는 금속 임플란트는 양호한 생체 적합성을 갖는데 이것은 상기한 단점이 이러한 재료로 만든 임플란트의 사용에 의해 극복될 수도 있음을 의미한다. 그러나, 이전에는 실제적으로 유용하기에 충분히 높은 기계적 안정성을 갖는 티타늄 산화물을 포함하는 금속 산화물 스캐폴드를 제조하는 것이 가능하지 못하였다.The scaffolds available today are often degradable, which means that they are degraded after implantation in the subject. Although this is desirable in some cases, it may also be a disadvantage since it also leads to the loss of the stabilization function of the implant itself in other cases. In addition, prior art scaffolds often trigger inflammatory reactions and cause infections. For example, animal-derived bone implant scaffolds may cause allergic reactions when implanted in another animal. Metal implants with passive oxides have good biocompatibility, which means that the above disadvantages may be overcome by the use of implants made of such materials. However, it has not previously been possible to produce metal oxide scaffolds containing titanium oxide with sufficiently high mechanical stability to be practically useful.

이 점에 있어서 가장 유망한 생체 적합성 재료 중 하나는 생체활성 세라믹, TiO2인 것으로 이전의 연구에서 증명되었다[25-28]. 이 재료는 구체적인 생체 적합성을 나타내었는데, 이때 스캐폴드가 래트에 55주 동안 이식되어 염증 반응이나 또는 캡슐화가 없었다[28]. 이산화티타늄의 3차원 개방 기공 제조에 있어서는 거의 연구가 이루어지지 않았다[29, 30]. 이 연구의 목적은 규정된 매크로-, 마이크로-, 및 나노 구조를 갖는 세라믹 발포체를 생성하고 세포 배양물을 위한 스캐폴드로서의 세라믹 발포체의 가능한 용도를 나타내기 위한 것이었다.One of the most promising biocompatible materials in this regard has been demonstrated in previous studies as bioactive ceramics, TiO 2 [25-28]. This material exhibited specific biocompatibility, at which time scaffolds were transplanted in rats for 55 weeks without any inflammatory reaction or encapsulation [28]. Little research has been done in the production of three-dimensional open pores of titanium dioxide [29, 30]. The purpose of this study was to produce ceramic foams with defined macro-, micro-, and nanostructures and to illustrate possible uses of ceramic foams as scaffolds for cell cultures.

발명의 개요Summary of the Invention

그러므로 본 발명의 목적은 상기한 단점들을 극복하는, 즉 양호한 생체 적합성을 가지며 대상자에 이식했을때 어떤 불리한 작용도 일어나지 않고, 3차원 스캐폴드에 세포 성장을 허용하고 여전히 안정화 구조물로서 실제적으로 유용하게 하는 기계적 안정성을 갖는 대상자에게 이식을 위한 의료용 임플란트로서 사용되는 금속 산화물 스캐폴드를 제공하기 위한 것이다. 추가로, 본 발명의 목적은 스캐폴드가 골 생성 세포를 위한 개선된 상태를 가져와 스캐폴드 표면에서 및 이어서 골지주(bone trabecule)의 상호연결 망상구조에서 신속한 골 성장을 가져오는 표면 성질을 갖도록 한다는 것이다.It is therefore an object of the present invention to overcome the above-mentioned disadvantages, i. E. To have a good biocompatibility and without adverse effect when implanted in a subject, allowing cell growth in a three dimensional scaffold and still making it practically useful as a stabilizing structure To provide a metal oxide scaffold for use as a medical implant for implantation into a subject having mechanical stability. In addition, it is an object of the present invention to make the scaffold have an improved state for osteogenic cells to have surface properties that result in rapid bone growth at the scaffold surface and subsequently in the interconnected network of bone trabeculae will be.

상기 규정한 목적은 티타늄 산화물을 포함하는 금속 산화물로 만든 금속 산화물 스캐폴드를 제공함으로써 달성되는데, 이 스캐폴드는 약 0.1-150 MPa의 압축 강도를 갖는다. 더 바람직하게는, 본 발명의 금속 산화물 스캐폴드는 5-15 MPa의 압축 강도를 갖는다.The stated purpose is achieved by providing a metal oxide scaffold made of a metal oxide comprising titanium oxide, the scaffold having a compressive strength of about 0.1 to 150 MPa. More preferably, the metal oxide scaffold of the present invention has a compressive strength of 5-15 MPa.

제 2의 관점에서, 본 발명은 이러한 금속 산화물 스캐폴드를 포함하는 의료용 임플란트를 제공한다.In a second aspect, the present invention provides a medical implant comprising such a metal oxide scaffold.

또 다른 관점에서 본 발명은 In yet another aspect,

a) 티타늄 산화물을 포함하는 금속 산화물의 슬러리를 준비하는 단계, 상기 슬러리는 선택적으로 플루오라이드 이온 및/또는 플루오르를 포함하며,a) preparing a slurry of a metal oxide comprising titanium oxide, the slurry optionally comprising fluoride ions and / or fluorine,

b) 단계 a)의 슬러리를 다공질 폴리머 구조물에 제공하는 단계,b) providing a slurry of step a) to the porous polymer structure,

c) 단계 b)의 슬러리를 고화하도록 허용하는 단계,c) allowing the slurry of step b) to solidify,

d) 고화된 금속 산화물 슬러리로부터 다공질 폴리머 구조물을 제거하는 단계를 포함하는 금속 산화물 스캐폴드를 제조하는 방법에 관한 것이다.d) removing the porous polymeric structure from the solidified metal oxide slurry.

여전히 또 다른 관점에서, 본 발명은 뼈, 연골, 시멘트질 및 치아 조직과 같은 조직의 재생, 치유, 대체 및/또는 복구를 위해 여기에 개시된 바와 같은 의료용 임플란트의 사용에 관한 것이다.Still yet another aspect, the present invention relates to the use of a medical implant as disclosed herein for regeneration, healing, replacement and / or repair of tissue such as bone, cartilage, cementum and dental tissue.

본 발명은 또한 골 충전 재료로서 과립화된 금속 산화물 스캐폴드의 사용에 관한 것이다.The present invention also relates to the use of a granulated metal oxide scaffold as a bone filling material.

본 발명은 추가로 필요로 하는 환자에 본 발명의 의료용 임플란트의 금속 산화물 스캐폴드 또는 의료용 임플란트의 이식을 포함하는 조직의 재생, 치유, 대체 및/또는 복구 방법에 관련된다.The present invention further relates to a method of regenerating, healing, replacing and / or repairing a tissue comprising implanting a metal oxide scaffold or medical implant of a medical implant of the invention in a patient in need thereof.

본 발명의 금속 산화물 스캐폴드는 양호한 생체 적합성을 갖는 티타늄 산화물을 포함하는 금속 산화물로 만들어지기 때문에, 그것들은 알레르기 반응과 같은 불리한 작용을 일으키지 않고 대상자에 이식될 수 있다. 본 발명의 스캐폴드는 또한 그것들을 만든 재료 및 그것들의 표면 구조물로 인해 조직의 재생에 유리한 효과를 갖는다. 본 발명의 금속 산화물 스캐폴드는 추가로, 아직 단단해지지 않은 동안에 안정화 기능을 제공하기에 충분한 안정성을 갖는 의료용 임플란트에 그것들을 사용하기에 특히 적합하다. 이러한 안정성은 2차 및/또는 3차 인산염의 오염이 없는 티타늄 산화물을 사용함으로써 달성될 수 있다. Because the metal oxide scaffolds of the present invention are made of metal oxides containing titanium oxide with good biocompatibility, they can be implanted in a subject without causing adverse effects such as allergic reactions. The scaffold of the present invention also has a beneficial effect on the regeneration of the tissue due to the materials and surface structures thereof making them. The metal oxide scaffolds of the present invention are further particularly suitable for use in medical implants having sufficient stability to provide a stabilizing function while not yet solidified. This stability can be achieved by using titanium oxide without contamination of the secondary and / or tertiary phosphates.

도 1은 핫 플레이트 성형(HPM)이다. 플레이트에서 함몰부는 샤프닝 공정의 동안에 점성의 본체의 평탄화를 방지한다. 상부는 내부 증기압 및 점도의 조합에 의해 자유롭게 형태화된다.1 is a hot plate forming (HPM). The depression in the plate prevents planarization of the viscous body during the sharpening process. The top is freely shaped by a combination of internal vapor pressure and viscosity.

도 2는 폴리머 스폰지 방법의 흐름도이다.Figure 2 is a flow chart of a polymer sponge method.

도 3은 금속 산화물 스캐폴드의 지주들이다. 이 지주는 너무 짧은 소결 시간 때문에 붕괴하지 않았다(A). 이 그림은 세 변으로 된 지주가 붕괴하여 먼저의 내부 빈 공간을 제거하였음을 나타낸다(B).Figure 3 is a plot of the metal oxide scaffold. This landing did not collapse due to too short sintering time (A). This figure shows that the three-side strut collapses to remove the first internal void (B).

도 4에서, 스캐폴드가 놓인 빈 공동 내부의 뼈의 백분율은 새로 형성된 뼈의 양을 기술한다. 대조표준은 빈 공동이 빈 상태로 남겨두었던 겉보기품(sham)이다. 티타늄 산화물 스캐폴드, 낮은 플루오라이드를 갖는 티타늄 산화물 스캐폴드 그리고 중간 플루오라이드 함량을 갖는 티타늄 산화물 스캐폴드는 모두 스캐폴드 내부에서 상당히 (p<0.001) 증가된 골의 질을 가졌다. 오차 막대는 평균의 표준 편차를 나타내고 막대의 높이는 측정치들의 평균을 나타낸다(* p<0.001, n=13).In Fig. 4, the percentage of bone inside voided cavities in which the scaffold rests describes the amount of newly formed bone. The reference standard is the apparent sham that the empty cavity left empty. Titanium oxide scaffolds, titanium oxide scaffolds with low fluoride, and titanium oxide scaffolds with intermediate fluoride content all had significantly (p < 0.001) increased bone quality inside the scaffold. The error bars represent the mean standard deviation and the height of the bars represents the average of the measurements (* p <0.001, n = 13).

도 5에서는 지주골 두께 박스 플롯은 스캐폴드 내부의 새로 형성된 뼈의 양을 나타낸다. 낮은 플루오라이드를 갖는 티타늄 산화물 스캐폴드 그리고 중간 플루오라이드 함량을 갖는 티타늄 산화물 스캐폴드는 모두 스캐폴드 내부에서 상당히 (p<0.001) 증가된 골 형성을 가졌다. 오차 막대는 평균의 표준 편차를 나타내고 막대의 높이는 측정치들의 평균을 나타낸다(* p<0.001, ** p<0.05, n=12).In Figure 5, the post bone thickness box plot shows the amount of newly formed bone inside the scaffold. Titanium oxide scaffold with low fluoride and titanium oxide scaffold with intermediate fluoride content both had significantly (p < 0.001) increased bone formation inside the scaffold. The error bars represent the mean standard deviation and the height of the bars represents the average of the measurements (* p <0.001, ** p <0.05, n = 12).

도 6은 80wt% TiO2 및 20 wt% Al2O3의 EDX 혼합물 비율이다.6 shows the EDX mixture ratio of 80 wt% TiO 2 and 20 wt% Al 2 O 3 .

도 7은 다른 혼합물들을 갖는 TiO2-Al2O3 복합체의 비커스(Vickers) 경도이 다.7 is a Vickers (Vickers) gyeongdoyi 2 -Al 2 O 3 in the composite having TiO other mixture.

도 8은 ZrO2 및 TiO2 복합체의 혼합물의 비커스 경도이다.Figure 8 is a Vickers hardness of a mixture of ZrO 2 and TiO 2 composite.

도 9는 샘플 60 wt% TiO2 / 40 wt% ZrO2의 광학 현미경 이미지이다. 응집물이 보이고(백색 영역) 바탕질(matrix)은 회-흑색 영역에서 보인다.9 is a light microscope image of the sample 60 wt% TiO 2/40 wt % ZrO 2. The agglomerates are visible (white area) and the matrix is visible in the gray-black area.

정의Justice

본원에서 세라믹은 무기 분말 재료가 열로 처리되어 고화된 구조물을 형성한 물체를 의미한다.Ceramic in this context means an object in which an inorganic powder material is treated with heat to form a solidified structure.

본원에서 "금속 산화물"은 Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta 및/또는 Al의 산화물과 같은 금속의 산화물에 관련된다. 본 발명에서 적합한 금속 산화물의 예들은 TiO2, Ti3O, Ti2O, Ti3O2, TiO, Ti2O3, Ti3O5, ZrO2, 탄탈 산화물 (예를 들면, TaO2) 및 Al2O3 또는 이것들의 조합물을 포함하나 이들에 제한되지 않는다.As used herein, the term "metal oxide" relates to oxides of metals such as oxides of Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta and / or Al. Examples of suitable metal oxides in the present invention include TiO 2 , Ti 3 O, Ti 2 O, Ti 3 O 2 , TiO 2 , Ti 2 O 3 , Ti 3 O 5 , ZrO 2 , tantalum oxides (eg TaO 2 ) And Al 2 O 3, or combinations thereof.

본원에서 "스캐폴드"는 개방 다공질 구조물에 관련된다. 본원에서 스캐폴드 구조물은 전형적으로 대략 10-3000 ㎛, 바람직하게는 20-2000 ㎛, 더 바람직하게는 30-1500 ㎛ 그리고 보다 더 바람직하게는 30-700 ㎛의 마이크로 및 매크로 기공 크기를 합한 기공 크기를 갖는다. 바람직하게는 기공 크기는 40 ㎛ 보다 위이고, 적어도 20 ㎛의 상호 연결 기공들을 갖는다.As used herein, "scaffold" refers to an open porous structure. The scaffold structure herein typically has a pore size of about 10-3000 [mu] m, preferably 20-2000 [mu] m, more preferably 30-1500 [mu] m, and even more preferably 30-700 [ . Preferably, the pore size is above 40 [mu] m and has interconnection pores of at least 20 [mu] m.

기공 직경 두께는 순수 기공 직경, 즉, 기공의 순 직경(둘러싸는 벽은 포함 않음)을 의미한다.The pore diameter thickness means the pure pore diameter, ie, the net diameter of the pore (not including the surrounding wall).

프랙탈(fractal) 차원 지주는 더 미세한 축척으로 좁혀 내려감에 따라, 프랙 탈이 얼마나 완전하게 공간을 채우는지의 표시를 제공하는 통계학적 양이다. 프랙탈 차원의 많은 구체적인 정의들이 있고 그것들 중 어떤 것도 만능인 것으로 취급되지는 않아야 한다. 1의 값은 직선에 속한다. 숫자가 클수록 표면 구조가 더 복잡하다.Fractal dimensionality is a statistical amount that gives an indication of how fully filled the fractals are, as they narrow down to a finer scale. There are many concrete definitions of the fractal dimension, and none of them should be treated as universal. The value of 1 belongs to a straight line. The larger the number, the more complex the surface structure.

전체 기공도는 본원에서 물질가 아닌 몸체, 예를 들면, 어떤 물질이 차지하고 있지 않은 공간 내의 모든 구획들로서 정의된다. 전체 기공도는 폐쇄 및 개방 기공들을 다 포함한다.The overall porosity is defined herein as all the compartments in the body, not the material, for example, a space not occupied by a substance. The overall porosity includes both closed and open porosity.

내부 지주 부피는 지주의 내강(inner lumen)의 부피를 의미한다.The internal strut volume refers to the volume of the inner lumen of the strut.

2차 및/또는 3차 인산염의 오염은 여기에 개시된 바와 같은 슬러리가 이상적인 IEP에 반응하지 않을 때 존재하는 것으로 정의된다(예를 들면, TiO2의 IEP가 1.7보다 더 높다면, 티타늄 산화물 입자의 오염이 존재한다).Contamination of the secondary and / or tertiary phosphate is defined to be present when the slurry as disclosed herein does not react to the ideal IEP (e.g., if the IEP of TiO 2 is higher than 1.7, titanium oxide particles There is pollution).

"소결(sintering)"은 입자들이 서로 들러붙을 때까지 재료를 (융점 아래로) 가열함으로써 분말로부터 물체를 만드는 방법을 의미한다. 소결은 전통적으로 세라믹 물체의 제조에 사용되고 또한 분말 금속학과 같은 분야에서 사용되는 것을 볼 수 있다."Sintering" means a method of making an object from a powder by heating the material (below the melting point) until the particles adhere to each other. Sintering has traditionally been used in the manufacture of ceramic bodies and in applications such as powder metallurgy.

본원에서 "의료용 임플란트"는 포유동물, 예를 들면 사람과 같은 척추동물의 몸에 이식하고자 하는 장치에 관련된다. 본원에서 임플란트는 해부학적 구조를 대신하거나 및/또는 몸의 기능을 회복하기 위해 사용될 수 있다. 임플란트의 예들은 치과용 임플란트 및 정형외과용 임플란트를 포함하나, 이들에 제한되지 않는다. 본 원에서, 용어 "정형외과용 임플란트"는 근골격계, 구체적으로 관절 및 뼈의 기능의 보전 및 회복(이들 구조물의 통증의 완화도 포함한다)을 위해 척추동물, 특히 사람과 같은 포유동물의 몸에 이식하고자 하는 어떤 장치도 그 범위 내에 포함한다. 본문에서, 용어 "치과용 임플란트"는 치아 복구 과정에서 척추동물, 특히 사람과 같은 포유동물의 구강에 이식하고자 하는 어떤 장치도 포함한다. 치과용 임플란트는 또한 치과용 보철장치로도 의미할 수 있다. 일반적으로, 치과용 임플란트는 한가지 또는 몇가지 임플란트 부품으로 구성된다. 예를 들면, 치과용 임플란트는 보통 지대주(abutment)와 같은 2차 부품에 결합된 치과용 픽스쳐 및/또는 크라운, 브릿지 또는 틀니와 같은 치과용 수복재를 포함한다. 그러나, 이식을 의도한 치과용 픽스쳐와 같은 어떤 장치도 다른 부품들이 거기에 연결될지라도 단독으로 임플란트로 부를 수도 있다.A "medical implant" as used herein refers to a device intended to be implanted in the body of a mammal, such as a vertebrate such as a human being. Implants may be used herein to replace anatomical structures and / or to restore function of the body. Examples of implants include, but are not limited to, dental implants and orthopedic implants. The term "orthopedic implant" is used herein to refer to the body of a mammal such as a vertebrate animal, particularly a human, for the preservation and restoration of musculoskeletal, particularly joint and bony functions (including relief of pain of these structures) Any device intended to be implanted is within its scope. In the text, the term "dental implant" includes any device intended to be implanted in the oral cavity of a vertebrate animal, particularly a mammal such as a human, during a tooth restoration procedure. Dental implants may also be referred to as dental prosthetic devices. Generally, dental implants consist of one or several implant components. For example, a dental implant typically includes a dental fixture coupled to a secondary component, such as an abutment, and / or a dental restoration, such as a crown, bridge, or denture. However, any device, such as a dental fixture intended for implantation, may be referred to as an implant alone, even if other components are connected thereto.

본문에서 "대상자"는 새, 파충류, 포유동물, 영장류 및 사람과 같은 어떤 척추동물도 관련된다.In the text, the term "subject" refers to any vertebrate animal such as birds, reptiles, mammals, primates, and humans.

스캐폴드의 기계적 강도는 200 N의 로드 셀에 대한 압축 시험(Zwicki, Zwick/Roell, Ulm, Germany)으로 결정되었다. 스캐폴드는 2 N의 힘으로 사전 로딩되도록 하였다. 압축 속도는 100 mm/min으로 설정되었다. 시험 데이터는 testXpert 2.0. DIN EN ISO 3386, 1998에서 분석하였다.The mechanical strength of the scaffold was determined by a compression test for a load cell of 200 N (Zwicki, Zwick / Roell, Ulm, Germany). The scaffold was pre-loaded with 2 N force. The compression rate was set at 100 mm / min. The test data is testXpert 2.0. DIN EN ISO 3386, 1998.

본 발명은 의료용 임플란트에서 유용한 개선된 생체 적합성과 기계적 안정성을 갖는 금속 산화물 스캐폴드에 관련된다. 본 발명은 또한 이러한 스캐폴드의 제조방법 및 그것의 사용에도 관련된다.The present invention relates to metal oxide scaffolds having improved biocompatibility and mechanical stability useful in medical implants. The invention also relates to a method of making such a scaffold and its use.

스캐폴드 임플란트는, 주로 기능을 회복하기 위해 조직을 대신하는 고형 임플란트(예를 들면, 치과용 임플란트 및 고관절 의족)과 비교하여, 조직 부피의 손실 후 조직을 재생하기 위해 사용된다. 대부분의 종래 기술의 스캐폴드는 분해가능하기 때문에 이것들은 환자에게 이식 후에 분해된다. 이것은 그것들이 재생된 조직의 성장을 위한 프레임웍으로서 작용하는 기능을 갖는다는 것을 의미한다. 그러나, 어떤 경우에는 세포 성장을 위한 프레임웍으로서 기능하는 것에 추가로 안정화 기능을 또한 제공하는 스캐폴드를 갖는 것이 바람직하다. 그러나, 앞서 논의한 바와 같이, 이전에 이용가능한 스캐폴드들은 예를 들어서 알레르기 반응을 일으키는 낮은 생체 적합성의 점에서 문제를 갖는다. 또한, 이전에는 대상자에 이식했을 때 아직 단단해지지 않은 동안에 안정화 기능을 제공하기에 충분히 안정한 티타늄 산화물을 포함하는 금속 산화물 스캐폴드를 제조하는 것이 가능하지 않았다. Scaffold implants are used to regenerate tissues after loss of tissue volume, as compared to solid implants (e.g., dental implants and hip prostheses) that replace tissues primarily to restore function. Since most prior art scaffolds are degradable, they are degraded to the patient after implantation. This means that they have the function of acting as a framework for the growth of the regenerated tissue. However, in some cases it is desirable to have a scaffold that also provides a stabilization function in addition to functioning as a framework for cell growth. However, as discussed above, previously available scaffolds have problems in terms of low biocompatibility, for example causing allergic reactions. It was also not possible to fabricate a metal oxide scaffold containing titanium oxide, which was previously stable enough to provide a stabilizing function while still solid when implanted in a subject.

본 발명자들은 놀랍게도, 조직의 재생을 허용하기 위해서 뿐만 아니라, 스캐폴드 자체가 대상자에게서 유지되고 재생된 조직에 기계적인 안정성을 제공하도록 허용하는 실제적으로 유용하게 만든 안정성도 또한 갖는, 양호한 생체 적합성을 갖는 재료로 만든 스캐폴드를 제공할 수 있는 문제에 대한 해결책을 발견하였다.The present inventors have surprisingly found that not only is it necessary to allow regeneration of the tissue but also to ensure that the scaffold itself is retained in the subject and has a biocompatibility that is also good practically made that allows the regenerated tissue to provide mechanical stability We have found a solution to the problem of providing scaffolds made of materials.

이 목적은 티타늄 산화물을 포함하는 금속 산화물을 포함하는 금속 산화물 스캐폴드를 제공함으로써 달성된다. 티타늄 산화물은 골유착하는 능력 뿐만 아니라 혈관형성(angionese)하는 능력을 갖기 때문에 티타늄 산화물을 포함하는 금속 산화물 스캐폴드를 생성할 수 있는 것이 바람직하다.This object is achieved by providing a metal oxide scaffold comprising a metal oxide comprising titanium oxide. It is desirable that titanium oxide is capable of producing a metal oxide scaffold containing titanium oxide because it has the ability to engraft not only bone but also angiogenesis.

상기한 바와 같이, 이전에는 의료용 임플란트로서 사용을 위해 적합한 안정성을 갖는 티타늄 산화물을 포함하는 스캐폴드를 제조하는 것이 가능하지 않았다. 그러나, 본 발명의 티타늄 산화물을 포함하는 금속 산화물 스캐폴드는 의료용 임플란트로서 사용하기에 아주 적합한 강도인 약 0.1-150 MPa의 기계적 강도를 갖는다. 바람직한 구체예에서, 기계적 강도는 약 5-15 MPa이다. 본 발명의 스캐폴드의 압축 강도는 상기한 바에 따라 통상 공지된 방법에 의하여 측정된다.As described above, it has not been possible to produce a scaffold containing titanium oxide with stability that has previously been suitable for use as a medical implant. However, the metal oxide scaffold containing the titanium oxide of the present invention has a mechanical strength of about 0.1-150 MPa, which is a strength that is well suited for use as a medical implant. In a preferred embodiment, the mechanical strength is about 5-15 MPa. The compressive strength of the scaffold of the present invention is measured by a generally known method as described above.

본 발명은 또한 조직, 특히 골 조직의 재생, 치유, 대체 및/또는 복구를 위해 여기에 개시된 바와 같은 티타늄 산화물을 포함하는 금속 산화물 스캐폴드에 관련된다.The invention also relates to metal oxide scaffolds comprising titanium oxide as disclosed herein for regeneration, healing, replacement and / or repair of tissues, particularly bone tissue.

대부분의 상업적으로 이용가능한 티타늄 산화물 분말은 2차 및/또는 3차 인산염의 표면 오염을 갖는다. 이들 인산염 오염은 금속 산화물 스캐폴드의 제조의 동안에 금속 산화물 스캐폴드의 적당한 소결을 방해하며 티타늄 산화물 스캐폴드를 제조하기 위해 사용한다면, 결과되는 스캐폴드는 따라서 만족스러운 기계적 강도를 갖지 않는다.Most commercially available titanium oxide powders have surface contamination of secondary and / or tertiary phosphates. If these phosphate contaminations are used to produce a titanium oxide scaffold that interferes with proper sintering of the metal oxide scaffold during the manufacture of the metal oxide scaffold, the resulting scaffold will therefore not have satisfactory mechanical strength.

그러나, 본 발명자들은 놀랍게도 티타늄 산화물 입자의 표면에 2차 및/또는 3차 인산염의 오염이 없는(즉, 뒤에 기술되는 바와 같이 10 ppm 미만의 이러한 오염물을 함유함) 티타늄 산화물을 이용함으로써 티타늄 산화물을 포함하는 금속 산화물 스캐폴드가 제조될 수 있음을 발견하였다. 티타늄 산화물 입자의 표면에 2차 및/또는 3차 인산염이 없는 티타늄 산화물은 이미 이러한 오염물이 없는 티타늄 산화물 분말(예를 들면 Sachtleben으로부터의 티타늄 산화물 분말)을 사용함으로써 얻어질 수도 있다. 대안으로는 인산염 오염물을 포함하는 티타늄 산화물 분말을 인산염 오염물을 제거하기 위해 NaOH (예를 들면 1 M)로 세척하는 것과 같은 세척을 할 수도 있다.However, the present inventors have surprisingly found that by using titanium oxide without contamination of the secondary and / or tertiary phosphate on the surface of the titanium oxide particles (i.e., containing less than 10 ppm of such contaminants as described below) Metal oxide scaffolds can be prepared. Titanium oxides without secondary and / or tertiary phosphate on the surface of the titanium oxide particles may be obtained by using titanium oxide powders (such as titanium oxide powders from Sachtleben) that already have no such contaminants. Alternatively, the titanium oxide powder containing phosphate contaminants may be washed, such as by washing with NaOH (e.g., 1 M) to remove phosphate contaminants.

인산염 오염물이 없이 티타늄 산화물로 만든 티타늄 산화물 스캐폴드는 이전에는 제조되지 않았다. 결과적으로, 이전에는 실제적으로 유용한 기계적 강도를 갖는 티타늄 산화물 스캐폴드는 제조될 수 없었다. 본원에서, 티타늄 산화물은 10 ppm 미만의 2차 및/또는 3차 인산염 오염물을 포함한다. 이러한 티타늄 산화물은 본원에서 2차 및/또는 3차 인산염 오염물이 없게 되는 것으로 생각된다.Titanium oxide scaffolds made of titanium oxide without phosphate contaminants have not been previously produced. As a result, titanium oxide scaffolds having previously practically useful mechanical strength could not be produced. In the present application, the titanium oxide comprises less than 10 ppm secondary and / or tertiary phosphate contaminants. These titanium oxides are believed to be free of secondary and / or tertiary phosphate contaminants herein.

여기 개시된 금속 산화물 스캐폴드의 강도는 스캐폴드의 기공도를 변화시킴으로써 다양해 질 수도 있다. 감소하는 기공도는 스캐폴드의 강도를 증가시킬 것이다The strength of the metal oxide scaffolds disclosed herein may vary by varying the porosity of the scaffold. Decreasing porosity will increase the strength of the scaffold

Kim et al. (24)은 수산화인회석(HA) 층을 갖는 ZrO2의 스캐폴드를 개시하였다. 이들 스캐폴드는 ZrO2로 인한 기계적 강도와 HA 층으로 인한 생체 적합성 표면의 조합 이점이 있다고 했다. 그러나, 스캐폴드를 사용하여 로딩할 때, 이들 스캐폴드에서, HA 층은 이식의 동안에 벗겨지거나 마모될 수도 있고 또는 ZrO2와 HA 간의 기계적 성질의 차이로 인해 임플란트의 표면으로부터 금이 가고 찢어지고 느슨해질 수도 있다. 이러한 HA 단편은 작은 결합체들(sequestered bodies)을 형성하는데 이것은 이물체 반응을 효과적으로 개시하고 이것이 스캐폴드의 골유착을 방해한다. 더욱이, 이들 ZrO2 스캐폴드의 또 다른 단점은 ZrO2 표면 자체는 HA 층에서 잘못해서 노출되었을 때 고유의 골전도 효과를 거의 갖지 못하고, 더 나아가 이들 스캐폴드가 뼈에서 적당히 유착하지 못하게 하는데 기여한다. 비교하면, 티탄 산화물은 ZrO2보다 더 골유도성이고, 티탄 산화물이 본 발명의 스캐폴드의 필수 부분이기 때문에, 스캐폴드를 로딩할 때 이 골유도성 재료의 손실의 위험이 없다.Kim et al. (24) disclosed a scaffold of ZrO 2 with a hydroxyapatite (HA) layer. These scaffolds have a combination of mechanical strength due to ZrO 2 and a biocompatible surface due to the HA layer. However, when loading using a scaffold, in these scaffolds, the HA layer may be peeled off or worn during implantation, or cracked, torn and loose from the surface of the implant due to differences in mechanical properties between ZrO 2 and HA It may be. These HA fragments form sequestered bodies, which effectively initiate this body reaction and interfere with osseointegration of the scaffold. Moreover, another disadvantage of these ZrO 2 scaffolds is that the ZrO 2 surface itself has little or no inherent bone conduction effect when incorrectly exposed in the HA layer, and further contributes to these scaffolds being poorly adherent to the bone . By comparison, titanium oxide is more osmotic than ZrO 2 and there is no risk of loss of this osmotic material when loading the scaffold since titanium oxide is an integral part of the scaffold of the present invention.

종래 기술보다 본 발명 스캐폴드의 추가의 이점은 제조 비용 감소 및 더 용이한 제조이다.A further advantage of the inventive scaffold over the prior art is reduced manufacturing costs and easier manufacturing.

상기 금속 산화물 스캐폴드는 대상자에게의 이식, 즉 포유동물 대상자, 예를 들면 사람 환자와 같은 대상자에게 의료용 임플란트로서 의도된 것이다. 본 발명의 금속 산화물 스캐폴드 임플란트는 생체 적합성을 향상시키고 세포의 성장 및 임플란트의 부착을 자극하는 개선된 표면 성질을 갖는 다공질 구조물을 포함한다. 다공질 구조물은 스캐폴드에 세포의 내부 성장을 허용하는데, 이로써 조직의 재생을 허용한다. 금속 산화물 스캐폴드의 큰 표면적은 또한 구조물로의 세포의 성장을 용이하게 하고 이로써 스캐폴드의 부착 및 조직의 재생을 용이하게 한다. 스캐폴드가 자체적으로 양호한 생체적합성을 갖는 재료로 만들어지기 때문에, 환자에게 이식되었을 때 스캐폴드에의 불리한 작용이 감소된다.The metal oxide scaffold is intended for implantation into a subject, i. E., A medical implant for a subject such as a mammalian subject, e.g. a human patient. The metal oxide scaffold implants of the present invention include porous structures with improved surface properties that enhance biocompatibility and stimulate cell growth and attachment of implants. The porous structure permits internal growth of cells in the scaffold, thereby permitting tissue regeneration. The large surface area of the metal oxide scaffold also facilitates the growth of cells into the structure and thereby facilitates attachment of the scaffold and regeneration of the tissue. Since the scaffold is made of a material with good biocompatibility in itself, adverse effects on the scaffold when implanted in a patient are reduced.

본 발명은 매크로 기공들과 상호 연결부들을 포함하는 매크로 다공질 스캐폴드를 제공한다. 본 발명의 금속 산화물 스캐폴드의 매크로 기공들은 대략 10-3000 ㎛, 바람직하게는 약 20-2000 ㎛, 더 바람직하게는 약 30-1500 ㎛ 그리고 더욱 더 바람직하게는 30-700 ㎛의 범위이다. 더 바람직하게는 매크로 기공 직경은 약 100 ㎛보다 위 이다. 가장 바람직하게는, 매크로 기공 직경은 약 30-700 ㎛이다. 뼈에 대해, 기공 크기는 30-100 ㎛가 최적이다. 그러나, 스캐폴드는 또한 혈관 및 지주골와 같은 큰 구조물들의 내부 성장을 허용하는 것이 중요하다. 즉, 약 100 ㎛ 이상의 기공들을 갖는 것이 중요하다. 본 발명의 스캐폴드의 기공들의 적어도 일부는 상호 연결되어 있는 것이 중요하다.The present invention provides a macroporous scaffold comprising macropores and interconnects. Macro voids of the metal oxide scaffold of the present invention range from about 10-3000 [mu] m, preferably about 20-2000 [mu] m, more preferably about 30-1500 [mu] m and even more preferably 30-700 [mu] m. More preferably, the macropore diameter is above about 100 [mu] m. Most preferably, the macropore diameter is about 30-700 [mu] m. For bones, pore sizes of 30-100 μm are optimal. However, it is also important that the scaffold also allows for internal growth of large structures, such as blood vessels and struts. That is, it is important to have pores of about 100 μm or more. It is important that at least some of the pores of the inventive scaffold are interconnected.

기공 크기는 스캐폴드를 제조하기 위해 사용되는 구조물의 선택, 예를 들면 이 구조물이 금속 산화물을 포함하는 슬러리에 침지되는(이 공정은 본원 다른 곳에 서 개시되어 있다) 횟수와 스폰지의 선택에 의해 조절될 수도 있다. 기공 크기를 변경시킴으로써 스캐폴드에 세포의 성장의 속도 및 크기에 영향을 줄 수 있고, 따라서 결과되는 조직의 구성에 영향을 줄 수 있다. 또 다른 바람직한 구체예에서 금속 산화물 스캐폴드는 상호 연결되어 있거나 부분적으로 상호 연결되어 있는 기공들을 포함한다. 이것은 기공들이 "끝이 막히거나(dead end)" 또는 폐쇄된 기공들이 아니라 적어도 두 개방 단부를 가져서 한 방향 이상의 방향으로 영양분과 폐 생성물의 통과를 허용하는 것을 의미한다. 이로써, 괴사 조직이 형성되는 위험이 감소된다. 매크로 다공질 시스템은 바람직하게는 스캐폴드의 적어도 50% 부피를 차지한다. 스캐폴드에서 매크로 및 마이크로 기공들의 부피는 스캐폴드의 기능에 따라 다양할 수 있다. 처리 목적이 많은 양의 골 구조물을 대체하기 위한 것이고 스캐폴드가 치유 시간 동안에 언로딩 상태로 유지될 수 있다면, 스캐폴드는 전체 스캐폴드 부피의 90%까지 차지하는 매크로 다공질 시스템으로 만들어질 수도 있다.The pore size can be controlled by selection of the structure used to make the scaffold, e. G. The number of times the structure is immersed in a slurry containing the metal oxide (the process is described elsewhere herein) and the choice of sponge . By varying the pore size, it is possible to affect the rate and size of cell growth in the scaffold, thus affecting the resulting tissue composition. In another preferred embodiment, the metal oxide scaffolds comprise interconnected or partially interconnected pores. This means that the pores have at least two open ends, not " dead end "or closed pores, allowing passage of nutrients and waste products in more than one direction. This reduces the risk of formation of necrotic tissue. The macroporous system preferably occupies at least 50% volume of the scaffold. The volume of macro and micro pores in the scaffold may vary depending on the function of the scaffold. If the treatment objective is to replace a large amount of bone structure and the scaffold can be kept unloaded during the healing time, the scaffold may be made of a macroporous system that occupies up to 90% of the total scaffold volume.

바람직하게는 본 발명에 따르는 금속 산화물 스캐폴드는 약 40-99%, 바람직하게는 70-90%의 전체 기공도를 갖는다.Preferably the metal oxide scaffold according to the invention has a total porosity of about 40-99%, preferably 70-90%.

바람직하게는 본 발명에 따르는 금속 산화물 스캐폴드는 약 2.0-3.0, 바람직하게는 약 2.2-2.3의 프랙탈 차원 지주를 갖는다. 지주 두께는 스캐폴드의 강도에 영향을 미치며, 스캐폴드에서 지주가 두꺼울수록 스캐폴드는 더 강하다.Preferably, the metal oxide scaffold according to the present invention has a fractal dimension support of about 2.0-3.0, preferably about 2.2-2.3. The strut thickness affects the strength of the scaffold, and the thicker the strut in the scaffold, the stronger the scaffold.

바람직하게는 본 발명에 따르는 금속 산화물 스캐폴드는 약 0.001-3.0 ㎛3, 바람직하게는 약 0.8-1.2 ㎛3의 내부 지주 부피를 갖는다. 더 낮은 부피 및 더 높은 프랙탈 수는 더 강한 스캐폴드를 제공한다.Preferably, the metal oxide scaffold according to the present invention has an internal pore volume of about 0.001-3.0 mu m &lt; 3 &gt;, preferably about 0.8-1.2 mu m &lt; 3 & gt ;. Lower volume and higher fractal numbers provide a stronger scaffold.

당업자들은 본 발명의 스캐폴드의 표면이 또한 마이크로 수준 및 나노 수준의 구조물을 갖는다는 것이 이해될 것이다. 이 마이크로 및 나노 구조물은 제조 조건으로 인하여 개질될 수도 있다. 제조 공정에 의해 만들어진 기공들은 1-10 ㎛ 범위의 마이크로 수준이다. 나노 수준의 기공들은 직경이 1 ㎛ 미만이다.Those skilled in the art will appreciate that the surface of the inventive scaffold also has micro- and nano-level structures. The micro- and nanostructures may be modified due to the manufacturing conditions. The pores produced by the manufacturing process are in the micro level ranging from 1 to 10 μm. The nano-level pores are less than 1 탆 in diameter.

본원에서 스캐폴드 구조물은 대략 10-3000 ㎛, 바람직하게는 20-2000 ㎛, 더 바람직하게는 30-1500 ㎛ 그리고 더욱 더 바람직하게는 30-700 ㎛의 조합 마이크로 및 매크로 기공 크기를 갖는다. 바람직하게는 기공 크기는 약 40 ㎛보다 위이고, 적어도 20 ㎛의 상호 연결 기공을 갖는다.The scaffold structure herein has a combined micro and macro pore size of about 10-3000 [mu] m, preferably 20-2000 [mu] m, more preferably 30-1500 [mu] m and even more preferably 30-700 [mu] m. Preferably, the pore size is above about 40 microns and has interconnect pores of at least 20 microns.

뒤에서 명백하게 설명하는 바와 같이, 스캐폴드가 제조되는 방식으로 인해, 본 발명의 스캐폴드는 뼈가 성장하고 상호 연결되는 골지주를 만드는 빈 세관의 구조를 갖는다. 세포들은 이들 세관의 내부 및 외부 모두에서 성장하게 된다. As will be apparent from the discussion below, due to the manner in which scaffolds are made, the scaffold of the present invention has a hollow tubular structure that creates bone gathers where bone grows and interconnects. Cells grow both inside and outside these tubules.

금속 산화물 스캐폴드의 크기 및 형태는 목적 용도에 따라 결정된다. 스캐폴드를 제조할 때(이하 참조) 사용되는 다공질 구조물의 크기 및 형태를 다양하게 함으로써, 결과된 스캐폴드의 크기 및 형태를 다양하게 할 수도 있다. 그러므로 스캐폴드는 구체적인 대상자에 구체적인 용도를 위해 쉽게 맞춤제작될 수 있다.The size and shape of the metal oxide scaffold are determined according to the intended use. The size and shape of the resulting scaffold may be varied by varying the size and shape of the porous structure used in making the scaffold (see below). The scaffold can therefore be easily customized for specific applications to specific subjects.

본 발명은 또 다른 관점에서 플루오라이드 및/또는 플루오르를 또한 포함하는 티타늄 산화물을 포함하는 금속 산화물 스캐폴드에 관련된다. 이러한 스캐폴드는 형성된 티타늄 플루오라이드가 티타늄 산화물 자체보다 더 화학적으로 안정하다(즉, 표면으로부터의 용해성이 적은 것은 더 안정한 스캐폴드가 형성되는 결과를 가져온다). 또한, 스캐폴드의 플루오르화는 더욱 개선된 생체 적합성을 제공하는 추가의 이점을 갖는다. 이것은 플루오라이드가 티타늄 산화물과 반응하는 것으로 여겨진다는 사실로 인한 것일 수 있다. 조직으로부터의 생체내 인산염은 차례로 플루오라이드를 대체하고 인산염은 스캐폴드내의 티타늄에 결합할 것이다. 이것은 뼈 안의 인산염이 티타늄 임플란트에 결합되는 골 형성을 유도할 수도 있다. 더욱이, 방출된 플루오라이드는 이 반응을 촉매하고 둘러싸인 뼈에서 플루오르화 인회석 및 플루오로애퍼타이트의 형성을 유발한다. 그러므로 본 발명의 한 구체예는 적어도 부분적으로 플루오라이드 및/또는 플루오르로 덮힌 적어도 하나의 표면을 포함하는 금속 산화물 스캐폴드이다.The present invention relates to metal oxide scaffolds comprising titanium oxide, which further comprises fluoride and / or fluorine. Such a scaffold is such that the titanium fluoride formed is more chemically stable (i.e., less soluble from the surface results in the formation of a more stable scaffold) than the titanium oxide itself. In addition, fluorination of scaffolds has the additional advantage of providing improved biocompatibility. This may be due to the fact that the fluoride is believed to react with titanium oxide. The in vivo phosphate from the tissue will in turn replace the fluoride and the phosphate will bind to the titanium in the scaffold. This may lead to bone formation in which the phosphate in the bone binds to titanium implants. Moreover, the released fluoride catalyzes this reaction and leads to the formation of fluorophosphate and fluorophoreite in the surrounding bone. Thus, one embodiment of the invention is a metal oxide scaffold comprising at least one surface that is at least partially covered with fluoride and / or fluorine.

한 구체예에서, 금속 산화물 스캐폴드는 플루오라이드 이온 및/또는 플루오르를 포함하는 수용액으로 처리된다. 이 목적으로, 바람직하게는 HF, NaF 및/또는 CaF2를 포함하는 수용액이 사용된다. 대안으로, 플루오라이드/플루오르는 기체상을 통해서 및/또는 증기로서 제공될 수도 있다. 수용액 내의 플루오라이드 및/또는 플루오르의 농도는 약 0.001-2.0 wt%, 바람직하게는 0.05-1.0 wt%이다. 플루오라이드/플루오르를 포함하는 수용액의 pH는 바람직하게는 대략 pH 0-7, 바람직하게는 pH 2-6, 더 바람직하게는 pH 2-4이다.In one embodiment, the metal oxide scaffold is treated with an aqueous solution comprising fluoride ions and / or fluorine. For this purpose, an aqueous solution preferably containing HF, NaF and / or CaF 2 is used. Alternatively, the fluoride / fluorine may be provided via the gas phase and / or as a vapor. The concentration of fluoride and / or fluorine in the aqueous solution is about 0.001-2.0 wt%, preferably 0.05-1.0 wt%. The pH of the aqueous solution comprising fluoride / fluorine is preferably about pH 0-7, preferably pH 2-6, more preferably pH 2-4.

또 다른 구체예에서, 플루오라이드 이온 및/또는 플루오르는 금속 산화물 스캐폴드를 제조하도록 사용된 슬러리에 제공된다. 이로써, 플루오라이드/플루오르는 금속 산화물 스캐폴드의 필수 부분으로서 제공된다.In another embodiment, the fluoride ion and / or fluorine is provided in the slurry used to produce the metal oxide scaffold. As such, the fluoride / fluorine is provided as an integral part of the metal oxide scaffold.

금속 산화물 스캐폴드의 플루오르화에 의해, 그것들의 추가의 안정성 증가가 달성된다. 이로써, 본 발명에 의해, 개선된 기계적 안정성 및 강도와 조합된 높은 생체 적합성의 이점을 갖는 스캐폴드를 제공하는 것이 가능하여 손실된 골 부피가 스캐폴드에 의해 대치될 수 있고 새로운 뼈가 재생될 수 있으며 이어서 새로운 뼈 구조물이 만들어질 수 있다.By fluorination of the metal oxide scaffolds, their further increased stability is achieved. Thus, it is possible with the present invention to provide a scaffold with the advantages of high biocompatibility combined with improved mechanical stability and strength, so that the lost bone volume can be replaced by the scaffold and new bone can be regenerated And then a new bone structure can be created.

본 발명의 금속 산화물 스캐폴드에 사용되는 티타늄의 산화물은 TiO2, Ti3O, Ti2O, Ti3O2, TiO, Ti2O3, 또는 Ti3O5로부터 선택된 하나 이상의 티타늄 산화물을 포함한다. 한 바람직한 구체예에서 금속 산화물 스캐폴드에서의 티타늄 산화물은 TiO2를 포함한다. 한 바람직한 구체예에서 금속 산화물은 TiO2와 조합하여 Ti3O, Ti2O, Ti3O2, TiO, Ti2O3, 또는 Ti3O5로부터 선택된 하나 이상의 티타늄 산화물을 포함하는 티타늄 산화물이다. 바람직하게는, 본 발명의 금속 산화물 스캐폴드에 사용되는 금속 산화물은 TiO2, Ti3O, Ti2O, Ti3O2, TiO, Ti2O3, 또는 Ti3O5로부터 선택된 하나 이상의 티타늄 산화물로 구성된다. 또 다른 바람직한 구체예에서 금속 산화물 스캐폴드에서의 티타늄 산화물은 TiO2로 구성된다.The oxides of titanium used in the metal oxide scaffold of the present invention include one or more titanium oxides selected from TiO 2 , Ti 3 O, Ti 2 O, Ti 3 O 2 , TiO, Ti 2 O 3 , or Ti 3 O 5 do. In one preferred embodiment, the titanium oxide in the metal oxide scaffold comprises TiO 2 . In one preferred embodiment, the metal oxide is titanium oxide comprising at least one titanium oxide selected from Ti 3 O, Ti 2 O, Ti 3 O 2 , TiO, Ti 2 O 3 , or Ti 3 O 5 in combination with TiO 2 . Preferably, the metal oxide used for the metal oxide scaffold of the present invention is TiO 2, Ti 3 O, Ti 2 O, Ti 3 O 2, TiO, Ti 2 O 3, or Ti 3 O one or more of titanium selected from a five Oxide. In yet another preferred embodiment, the titanium oxide in the metal oxide scaffold is comprised of TiO 2 .

티타늄 산화물에 추가로, 금속 산화물 스캐폴드는 Zr, Hf, V, Nb, Ta 및/또는 Al의 산화물의 한가지 이상을 혼합물로 더 포함할 수도 있다.In addition to the titanium oxide, the metal oxide scaffold may further comprise one or more of oxides of Zr, Hf, V, Nb, Ta and / or Al as a mixture.

본 발명에 따르는 금속 산화물 스캐폴드는 스캐폴드에 존재하는 금속 산화물 중의 중량으로 바람직하게는 약 40-100%, 더 바람직하게는 60-90%의 티타늄 산화물 함량을 갖는다. The metal oxide scaffold according to the present invention preferably has a titanium oxide content of about 40-100%, more preferably 60-90%, by weight in the metal oxide present in the scaffold.

또 다른 구체예에서,금속 산화물 스캐폴드는 ZrO2를 포함한다. 이 구체예에서 바람직하게는 ZrO2는 상기 금속 산화물의 대략 90% 이상이다.In another embodiment, the metal oxide scaffold comprises ZrO 2 . In this embodiment, ZrO 2 is preferably at least about 90% of the metal oxide.

또 다른 구체예에서, 금속 산화물 스캐폴드는 한가지 이상의 MgO, CaO, 또는 Y2O3와 조합하여 ZrO2를 포함한다. 이것은 스캐폴드의 기계적 성질을 개선할 것이다.In another embodiment, the metal oxide scaffold comprises ZrO 2 in combination with one or more of MgO, CaO, or Y 2 O 3 . This will improve the mechanical properties of the scaffold.

또 다른 구체예는 금속 산화물이 Al2O3를 포함하는 금속 산화물 스캐폴드에 관련된다. 이 구체예에서, Al2O3는 상기 금속 산화물의 대략 90% 이상이다.Another embodiment relates to a metal oxide scaffold in which the metal oxide comprises Al 2 O 3 . In this embodiment, Al 2 O 3 is at least about 90% of the metal oxide.

본 발명의 여전히 또 다른 구체예에서 금속 산화물 스캐폴드는 Al2O3 및 TiO2의 복합체를 포함한다. 복합체는 또한 TiO2 및 ZrO2를 포함할 수도 있다. 이러한 스캐폴드는 증가된 강도를 가질 것이다.In yet another embodiment of the present invention, the metal oxide scaffold comprises a complex of Al 2 O 3 and TiO 2 . Complex may also comprise TiO 2 and ZrO 2. These scaffolds will have increased strength.

본 발명에 따르는 금속 산화물 스캐폴드는 또한 금속 산화물 스캐폴드의 제조의 동안에 금속 산화물 슬러리와 혼합되는 금속 산화물의 입자들(크기가 약 10 nm-100 ㎛)을 포함할 수도 있다. 금속 산화물에 산재된 금속 산화물의 입자들을 포함하는 이런 식으로 제조된 스캐폴드는 증가된 안정성을 갖는다.The metal oxide scaffold according to the present invention may also comprise particles of metal oxide (about 10 nm-100 탆 in size) which are mixed with the metal oxide slurry during the production of the metal oxide scaffold. Scaffolds prepared in this way containing particles of metal oxide dispersed in metal oxide have increased stability.

본 발명의 금속 산화물 스캐폴드는 또한 선택적으로 CaPO4, Cl-, F- 및/또는 탄산염을 포함할 수도 있다. 이러한 첨가제는 또한 스캐폴드의 생체 적합성을 더 증가시키고 그것들의 골유착을 개선시킬 수도 있다.The metal oxide scaffolds of the present invention may also optionally include CaPO 4 , Cl - , F - and / or carbonates. Such additives may also increase the biocompatibility of the scaffold and improve their osseointegration.

또 다른 관점에서, 본 발명은 금속 산화물 스캐폴드를 포함하는 의료용 임플란트에 관련된다. 본 발명에 따르는 의료용 임플란트는 본 발명의 어떤 구체예에서의 금속 산화물 스캐폴드 자체일 수 있다. 대안으로는, 의료용 임플란트는 정형외과, 치과 또는 어떤 다른 고정 장치 또는 임플란트와 같은 또 다른 구조물과 조합하여 본 발명의 금속 산화물 스캐폴드를 포함할 수도 있다. 본 발명은 또한 조직, 특히 골 조직의 재생, 치유, 대체 및/또는 복구를 위해 티타늄 산화물을 포함하는 금속 산화물 스캐폴드를 포함하는 의료용 임플란트에도 관련된다.In yet another aspect, the present invention relates to a medical implant comprising a metal oxide scaffold. The medical implant according to the present invention may be the metal oxide scaffold itself in some embodiments of the present invention. Alternatively, the medical implant may comprise a metal oxide scaffold of the present invention in combination with an orthopedic, dental or any other fixture or other structure such as an implant. The invention also relates to medical implants comprising a metal oxide scaffold comprising titanium oxide for the regeneration, healing, replacement and / or repair of tissue, particularly bone tissue.

또 다른 관점에서 본 발명은 티타늄 산화물을 포함하는 금속 산화물 스캐폴드를 제조하기 위한 슬러리에 관련된다. 이 슬러리는 티타늄 산화물 분말의 수용액을 포함하며, 상기 티타늄 산화물 분말은 약 10 ppm 미만의 2차 및/또는 3차 인산염 오염물을 포함한다. 수용액은 용매로서 통상의 물이나 또는 탈이온수를 포함한다. 티타늄 산화물 대 수분 함량의 비(중량비)는 적어도 2:1이다. 슬러리는 또한 여기 기술된 바와 같은 다른 금속 산화물을 또한 포함할 수도 있다. 선택적으로 이 슬러리는 또한 플루오라이드 이온 또는 플루오라이드(예를 들면 0.01 wt% HF의 농도로)를 포함할 수도 있다. 선택적으로 이 슬러리는 또한 금속 산화물 스캐폴드에 있는 것이 흥미로운 CaPO4, Cl-, F-, 탄산염, MgO, CaO, 및/또는 Y2O3와 같은 다른 구성요소들을 포함할 수도 있다. 슬러리는 바람직하게는 수성 슬러리이고 500℃ 이상의 온도를 견딘다.In another aspect, the invention relates to a slurry for preparing a metal oxide scaffold comprising titanium oxide. The slurry comprises an aqueous solution of a titanium oxide powder, wherein the titanium oxide powder comprises less than about 10 ppm of secondary and / or tertiary phosphate contaminants. The aqueous solution contains ordinary water or deionized water as a solvent. The ratio of titanium oxide to moisture content (weight ratio) is at least 2: 1. The slurry may also comprise other metal oxides as described herein. Optionally, the slurry may also contain fluoride ions or fluorides (e.g., at a concentration of 0.01 wt% HF). Alternatively, the slurry may also contain other components such as CaPO 4 , Cl - , F - , carbonate, MgO, CaO, and / or Y 2 O 3 , which are interesting in the metal oxide scaffold. The slurry is preferably an aqueous slurry and withstands a temperature of at least 500 &lt; 0 &gt; C.

슬러리를 제조하기 위해 사용되는 티타늄 산화물 분말은 비정질, 아나타제, 브루카이트 또는 루틸 결정상일 수 있다. The titanium oxide powder used to make the slurry may be amorphous, anatase, brucite or rutile crystalline phase.

슬러리 내 금속 산화물의 입자 크기는 적당한 소결을 보장하기 위해 가능한한 작은 것이 유리하다(이하 소결 공정에 대한 자세한 내용 참조). 따라서, 금속 산화물 입자는 더 작은 조각들로 줄이는 것이 필요하고 소결에 앞서 고르게 분포되는 것이 필요하다. 슬러리를 제조할 때 약 10 ppm 미만의 2차 및/또는 3차 인산염을 함유하는 티타늄 산화물을 사용함으로써, 티타늄 산화물 입자가 충분히 작아서 유기 응집방지 화합물의 첨가 없이 적당한 소결을 허용한다. 이것은 더 용이한 제조 공정을 가져온다. 따라서 본 발명의 바람직한 구체예는 유기 첨가제와 같은 첨가제가 없고, 및/또는 계면활성제가 첨가되지 않은 티타늄 산화물을 포함하는 슬러리에 관련된다. 그러나, 디타늄 산화물 이외의 다른 금속 산화물이 스캐폴드에 존재하게 된다면, 응집을 줄이고 슬러리를 안정화하기 위하여 바인더, 예를 들면 다당류 바인더(예를 들면 Product KB 1013, Zschimmer & Schwarz GmbH, Lahnstein, Germany)와 같은 유기 첨가제를 첨가하는 것이 필요할 수도 있다.The particle size of the metal oxide in the slurry is advantageously as small as possible to ensure proper sintering (see below for details of the sintering process). Thus, metal oxide particles need to be reduced to smaller pieces and need to be evenly distributed prior to sintering. By using titanium oxide containing less than about 10 ppm of secondary and / or tertiary phosphate in the preparation of the slurry, the titanium oxide particles are sufficiently small to permit proper sintering without the addition of an organic anti-aggregation compound. This leads to an easier manufacturing process. Therefore, preferred embodiments of the present invention relate to slurries comprising no additives such as organic additives and / or titanium oxide to which no surfactant is added. However, if other metal oxides other than dithium oxide are present in the scaffold, a binder such as a polysaccharide binder (e.g. Product KB 1013, Zschimmer & Schwarz GmbH, Lahnstein, Germany) may be added to reduce the aggregation and stabilize the slurry. May be required to add an organic additive such as a &lt; RTI ID = 0.0 &gt;

본 발명에서 사용된 전형적인 슬러리는 물, 금속 산화물 입자 및 선택적으로 바인더 및/또는 표면장력을 줄이기 위한 계면활성제와 같은 유기 부분을 포함한다.Typical slurries used in the present invention include water, metal oxide particles and optionally organic parts such as binders and / or surfactants for reducing surface tension.

한가지 바람직한 구체예는 약 10 ppm 미만의 2차 및/또는 3차 인산염을 갖는 TiO2를 포함하는 금속 산화물 스캐폴드에 관련된다. 또 다른 바람직한 구체예는 스캐폴드에 금속 산화물로서 약 10 ppm 미만의 2차 및/또는 3차 인산염을 갖는 TiO2를만을 함유하는 금속 산화물 스캐폴드에 관련된다.One preferred embodiment relates to metal oxide scaffolds comprising TiO 2 with less than about 10 ppm secondary and / or tertiary phosphate. Another preferred embodiment relates to a metal oxide scaffold containing only TiO 2 with less than about 10 ppm secondary and / or tertiary phosphate as metal oxide in the scaffold.

티타늄 산화물을 포함하는 금속 산화물 스캐폴드를 제조하기 위한 슬러리는 약 1.0 내지 4.0, 바람직하게는 약 1.5-2.0의 pH 값을 갖는다. 티타늄 산화물의 이론적인 등전점을 제공하는 pH 값에 가능한 한 가깝게 티타늄 산화물 입자의 크기를 감소시키는 것이 바람직하다. TiO2에 대하여 이 pH 값은 1.7이다. 티타늄 산화물 입자의 평균 입자 크기는 바람직하게는 10 ㎛ 이하, 더 바람직하게는 1.4 ㎛ 이하이다. 바람직하게는 단분산되어 있다.The slurry for preparing the metal oxide scaffold containing titanium oxide has a pH value of about 1.0 to 4.0, preferably about 1.5 to 2.0. It is desirable to reduce the size of the titanium oxide particles as close as possible to the pH value that provides the theoretical isoelectric point of the titanium oxide. The pH value for TiO 2 is 1.7. The average particle size of the titanium oxide particles is preferably 10 占 퐉 or less, more preferably 1.4 占 퐉 or less. Preferably monodisperse.

본 발명의 금속 산화물 스캐폴드를 제조할 때, 금속 산화물을 포함하는 출발 슬러리는 수성이고 500℃ 이상의 온도에서 연소를 견디는 것이 중요하다.In preparing the metal oxide scaffold of the present invention, the starting slurry comprising the metal oxide is aqueous and it is important to withstand the combustion at temperatures above 500 ° C.

본 발명의 금속 산화물 스캐폴드의 제조 방법은The method for producing a metal oxide scaffold of the present invention comprises

a) 티타늄 산화물을 포함하는 금속 산화물의 슬러리를 준비하는 단계, 상기 슬러리는 선택적으로 플루오라이드 이온 및/또는 플루오르를 포함하며,a) preparing a slurry of a metal oxide comprising titanium oxide, the slurry optionally comprising fluoride ions and / or fluorine,

b) 단계 a)의 슬러리를 다공질 폴리머 구조물에 제공하는 단계,b) providing a slurry of step a) to the porous polymer structure,

c) 단계 b)의 슬러리를 고화하도록 허용하는 단계,c) allowing the slurry of step b) to solidify,

d) 고화된 금속 산화물 슬러리로부터 다공질 폴리머 구조물을 제거하는 단계를 포함한다.d) removing the porous polymeric structure from the solidified metal oxide slurry.

이 공정에서 사용된 슬러리의 조성물의 자세한 것은 본원에서 다른 곳에 기술되어 있다.Details of the composition of the slurry used in this process are described elsewhere herein.

슬러리는 사용되는 용매에 금속 산화물 및 다른 선택적 구성요소들을 분산시킴으로써 제조된다. 바람직하게는, 금속 산화물은 교반하면서 그리고 바람직한 pH 값을 유지하기 위해 예를 들면 1 M HCl로 pH 값을 재조절하면서 용매에 점차적으로 첨가한다. 슬러리는 그 다음 예를 들어서 금속 블레이드, 바람직하게는 티타늄 블레이드를 갖는 회전 나노분산기(dispermat)로 더 분산시킨다. 바람직하게는 이것은 적어도 4000 rpm의 속도로 적어도 4 시간 동안 수행된다. 더 바람직하게는 이 단계는 5000 rpm 에서 5 시간 이상 수행된다. 슬러리의 pH는 선택된 pH 값으로 정규적으로 조절된다.The slurry is prepared by dispersing the metal oxide and other optional components in the solvent used. Preferably, the metal oxide is gradually added to the solvent while stirring and reconditioning the pH value, for example with 1 M HCl, to maintain the desired pH value. The slurry is then further dispersed, for example, into a rotating nanodisperse (dispermat) having metal blades, preferably titanium blades. Preferably this is carried out for at least 4 hours at a rate of at least 4000 rpm. More preferably, this step is carried out at 5000 rpm for at least 5 hours. The pH of the slurry is regularly adjusted to the selected pH value.

그 다음 슬러리는 다공질 폴리머 구조물에 제공된다. 다공질 폴리머 구조물은 예를 들면, 합성 스폰지와 같은 스폰지 구조물이 될 수 있다. 재료는 연소에 의해 스캐폴드로부터 다공질 폴리머 구조물의 제거를 용이하게 하기 위해 바람직하게는 유기 재료로 만들어진다. 그러므로 다공질 폴리머 구조물은 유기 스폰지 구조물, 바람직하게는 유기 다공질 폴리머 스폰지, 바람직하게는 폴리에틸렌, 실리콘, 셀룰로스 또는 폴리비닐클로라이드 스폰지이다. 바람직한 다공질 폴리머 구조물의 한가지 예는 45 또는 60 ppi Bulbren 폴리우레탄 발포체 (Bulbren S, Eurofoam GmbH, Wiesbaden, Germany)이다. 다공질 폴리머 구조물은 거기에 슬러리를 제공하기 전에 잔류물 및/또는 오염물을 제거하기 위해 바람직하게는 물로 세척된다. 슬러리는 다공질 폴리머 구조물을 슬러리에 침지시킴으로써 다공질 폴리머 구조물에 제공될 수 있다. 침지 후 과잉의 슬러리는 슬러리에 침지된 다공질 폴리머 구조물을 압착 및/또는 원심분리함으로써 제거될 수 있다. 그 다음 예를 들어서 슬러리에 침지된 다공질 구조물을 적어도 5 시간 동안 그리고 더 바람직하게는 약 24 시간 동안 건조시킴으로써 슬러리가 다공질 폴리머 구조물에서 고화하도록 허용한다. 단계 b)-d)를 수행하는 횟수를 다양하게 함으로써, 스캐폴드의 매크로 기공의 크기를 다양하게 할 수 있다.The slurry is then provided to the porous polymeric structure. The porous polymer structure may be, for example, a sponge structure such as a synthetic sponge. The material is preferably made of an organic material to facilitate the removal of the porous polymer structure from the scaffold by combustion. Therefore, the porous polymer structure is an organic sponge structure, preferably an organic porous polymer sponge, preferably a polyethylene, silicone, cellulose or polyvinyl chloride sponge. One example of a preferred porous polymeric structure is a 45 or 60 ppi Bulbren polyurethane foam (Bulbren S, Eurofoam GmbH, Wiesbaden, Germany). The porous polymeric structure is preferably washed with water to remove residues and / or contaminants prior to providing the slurry thereto. The slurry may be provided to the porous polymeric structure by dipping the porous polymeric structure into a slurry. The excess slurry after dipping can be removed by squeezing and / or centrifuging the porous polymer structure immersed in the slurry. The porous structure dipped in the slurry is then dried, for example, for at least 5 hours and more preferably for about 24 hours to allow the slurry to solidify in the porous polymer structure. By varying the number of times to perform step b) -d), the size of the macropores of the scaffold can be varied.

제조된 금속 산화물 스캐폴드의 크기 및 형태는 사용된 다공질 폴리머 구조물의 크기 및 형태를 조절함으로써 조절될 수 있다. 이로써 구체적인 환자의 구체적인 의도한 이식 부위에 대해 맞춤제작된 스캐폴드를 제조하는 것이 가능하다.The size and shape of the metal oxide scaffolds produced can be adjusted by adjusting the size and shape of the porous polymer structure used. Thereby making it possible to produce customized scaffolds for the specific intended implantation site of a particular patient.

금속 산화물 스캐폴드의 제조에 있어서 다음 단계는 다공질 폴리머 구조물을 그 위에 고화된 슬러리로부터 제거하여 스캐폴드 구조물을 얻는 것이다.The next step in the preparation of the metal oxide scaffold is to remove the porous polymeric structure therefrom from the solidified slurry to obtain a scaffold structure.

본 발명의 바람직한 방법에서, 단계 d)는 가열에 의해 고화된 금속 산화물로부터 다공질 폴리머 구조물을 제거함으로써 수행된다.In a preferred method of the invention, step d) is carried out by removing the porous polymeric structure from the solidified metal oxide by heating.

바람직하게는 다공질 폴리머 구조물은 연소가능 구조물이다. 이로써 상기 방법에서 단계 d)는 예를 들어서 고화된 금속 산화물 슬러리로부터 다공질 폴리머 구조물을 연소함으로써 수행될 수 있다. 이 공정을 수행하기 위해 필요한 온도 및 시간은 당업자가 쉽게 이해하는 바와 같이, 다공질 폴리머 구조물이 만들어지는 재료에 의존한다. 중요하게는, 다공질 폴리머 구조물의 다소 완전한 제거를 위해 허용되는 온도 및 시간이 선택되어야 한다. 당업자는 이것을 달성하기 위해 구체적인 다공질 폴리머 구조물 및 스캐폴드에 대해 필요한 시간 및 온도를 어떻게 선택하는지 알 것이다. Preferably, the porous polymer structure is a combustible structure. Thus, step d) in the above method may be carried out, for example, by burning the porous polymer structure from the solidified metal oxide slurry. The temperature and time required to perform this process depends on the material from which the porous polymer structure is made, as will be readily appreciated by those skilled in the art. Importantly, the acceptable temperature and time must be selected for a rather complete removal of the porous polymer structure. One skilled in the art will know how to select the time and temperature required for a particular porous polymer structure and scaffold to achieve this.

바람직한 방법에서 단계 d)는In a preferred method step d)

i) 고화된 금속 산화물 슬러리와 함께 다공질 폴리머 구조물을 약 500℃로 서서히 소결시키고 이 온도를 적어도 30분간 유지시키고i) slowly sintering the porous polymeric structure with the solidified metal oxide slurry to about 500 DEG C and holding the temperature for at least 30 minutes

ii) 약 3 K/min으로 약 1500℃ 내지 약 1750℃로 급속 소결시키고 이 온도를 적어도 10분간 유지시키고ii) rapidly sintering at about 3 K / min from about 1500 [deg.] C to about 1750 [deg.] C, holding the temperature for at least 10 minutes

iii) 적어도 3 K/min로 실온으로 급속 냉각시킴으로써 수행된다.iii) rapid cooling to room temperature at least 3 K / min.

금속 산화물 스캐폴드에 대한 생물학적 반응은 다른 방법들로 다양해질 수 있다. 한가지 예는 티타늄 산화물의 피복된 층의 결정상을 다양하게 하는 것이다. 결정상은 다른 온도들에서 피복된 층의 소결을 종결함으로써 변경될 수 있다. 960±20℃ 위에서의 소결은 루틸 상을 제공하는 한편, 915±20℃ 아래에서의 소결은 아나타제 상을 제공한다.The biological response to the metal oxide scaffold can be varied in different ways. One example is to vary the crystalline phase of the coated layer of titanium oxide. The crystalline phase can be changed by terminating the sintering of the coated layer at different temperatures. Sintering above 960 ± 20 ° C provides a rutile phase while sintering below 915 ± 20 ° C provides an anatase phase.

최종적으로 결과된 스캐폴드의 표면은 예를 들어서 그 위에 플루오라이드 이온 및/또는 플루오라이드를 제공함으로써 개질될 수 있다. 플루오라이드 및/또는 플루오르는 HF, NaF 및/또는 CaF2를 포함하는 수용액으로 제공될 수 있는데, 여기서 용액 중의 플루오라이드 및/또는 플루오르는 대략 0.001-2.0 wt%, 바람직하게는 0.05-1 wt%이고 플루오라이드 및/또는 플루오르는 이 용액에 스캐폴드를 침지함으로써 스캐폴드의 표면에 제공된다. 이상적으로 이것은 0.1 wt% 플루오라이드 및/또는 플루오르를 갖는 용액으로 120초를 초과하여 수행되지 않는다. 대안으로는, 플루오라이드/플루오르는 기체상을 통하여 및/또는 증기로서 제공될 수 있다.The surface of the resulting scaffold may be modified, for example, by providing a fluoride ion and / or fluoride thereon. The fluoride and / or fluorine may be provided in an aqueous solution comprising HF, NaF and / or CaF 2 , wherein the fluoride and / or fluorine in the solution comprises about 0.001-2.0 wt%, preferably 0.05-1 wt% And the fluoride and / or fluorine is provided to the surface of the scaffold by immersing the scaffold in the solution. Ideally, this is not done in excess of 120 seconds with a solution having 0.1 wt% fluoride and / or fluorine. Alternatively, the fluoride / fluorine may be provided via the gas phase and / or as a vapor.

또한, 생체분자는 스캐폴드의 표면에 제공될 수도 있다. 만일 생체분자가 금속 산화물 스캐폴드에 제공되게 되면, 이것들은 상기 방법의 단계 d) 후에 제공될 수도 있다. 생체분자의 존재는 또한 스캐폴드의 생체 적합성과 세포 성장 및 부착 속도를 증가시킬 수도 있다. 생체분자는 본원에서 천연 생체분자(즉, 천연 공급원으로부터 유도된 자연발생 분자), 합성 생체분자(즉, 합성에 의해 제조된 자연발생 생체분자 및 합성에 의해 제조된 비 자연발생 분자 또는 분자의 형태들) 또는 재조합 생체분자(재조합 기술의 사용을 통해 제조됨)를 포함하는 크게 다양한 생물학적 활성 분자들을 포함한다. 흥미로운 생체분자의 예들은 생체접착제, 세포부착인자, 바이오폴리머, 혈중 단백질, 효소, 세포외 바탕질 단백질 및 생체분자, 성장인자 및 호르몬, 핵산(DNA 및 RNA), 수용체, 합성 생체분자, 비타민, 약물, 스타틴과 같은 단백질 및 펩티드 그리고 생체무기질화 및 골 형성을 자극하는 단백질 또는 펩티드를 포함하는 생물학적 활성의 이온 마커 생체분자 등과 같은 US2006/0155384에 개시된 생체분자들을 포함하나 여기에 제한되지 않는다. 생체분자는 예를 들면 생체분자를 포함하는 용액에 침지시킴으로써 또는 전기화학공정에 의해 스캐폴드의 표면에 부착될 수 있다. 이러한 공정들은 당업자에게 잘 알려져 있다.In addition, biomolecules may be provided on the surface of the scaffold. If biomolecules are provided to the metal oxide scaffold, they may be provided after step d) of the method. The presence of biomolecules may also increase the biocompatibility of the scaffold and the rate of cell growth and attachment. Biomolecules are used herein to refer to natural biomolecules (i.e., naturally occurring molecules derived from natural sources), synthetic biomolecules (i.e., naturally occurring biomolecules prepared by synthesis, and forms of non-naturally occurring molecules or molecules produced by synthesis ) Or recombinant biomolecules (prepared through the use of recombinant techniques). Examples of interesting biomolecules include but are not limited to bioadhesives, cell attachment factors, biopolymers, blood proteins, enzymes, extracellular matrix proteins and biomolecules, growth factors and hormones, nucleic acids (DNA and RNA), receptors, synthetic biomolecules, But are not limited to, biomolecules disclosed in US2006 / 0155384 such as biologically active ion marker biomolecules including proteins and peptides such as drugs, statins, and proteins or peptides that stimulate bio-mineralization and bone formation. The biomolecule can be attached to the surface of the scaffold, for example, by immersion in a solution containing biomolecules or by an electrochemical process. Such processes are well known to those skilled in the art.

또 다른 관점에서 본 발명은 의료용 임플란트로서 사용을 위한 여기 개시된 금속 산화물 스캐폴드에 관련된다. 한 구체예는 조직의 재생을 위해 사용하기 위한 의료용 임플란트에 관련된다. 또 다른 구체예는 뼈의 재생을 위해 사용하기 위한 의료용 임플란트에 관련된다.In another aspect, the present invention relates to a metal oxide scaffold as disclosed herein for use as a medical implant. One embodiment relates to a medical implant for use for tissue regeneration. Another embodiment relates to a medical implant for use for bone regeneration.

또 다른 관점에서 본 발명은 골 조직과 같은 조직의 재생, 치유, 대체 및/또는 복구를 위한 의료용 임플란트의 제조를 위해 여기 개시된 바와 같은 금속 산화물 스캐폴드의 사용에도 관련된다.In another aspect, the invention also relates to the use of a metal oxide scaffold as disclosed herein for the manufacture of a medical implant for regeneration, healing, replacement and / or repair of tissue such as bone tissue.

본 발명의 금속 산화물 스캐폴드는 또한 과립화될 수도 있고 골 충전재료로서 사용될 수도 있다. 골 충전재료로서 과립화된 스캐폴드를 사용하는 이점은 그것이 뼈 빈곳(뼈가 없는 포켓, 이곳에서 스캐폴드는 과립화되어 모든 빈 부피를 충전할 수 있다)을 충전하기 위해 사용될 수도 있다는 것이다. 그러므로, 또 다른 관점에서, 본 발명은 본 발명에 따르는 금속 산화물 스캐폴드를 포함하는 과립화된 골 충전재료에 관련된다. 이 목적으로, 분쇄된 금속 산화물 스캐폴드 입자는 입자 크기에 의해 분류될 수도 있다. 뼈 공동을 충전하기 위해, 입자 크기는 0.05-5 mm (평균 직경), 바람직하게는 0.1-2 mm, 가장 바람직하게는 0.2-1 mm의 범위인 것이 최적이다. 같은 크기의 입자들 또는 다른 크기의 입자들의 혼합물이 사용될 수도 있다.The metal oxide scaffold of the present invention may also be granulated or used as a bone filling material. The advantage of using a granulated scaffold as a bone filling material is that it may be used to fill a bone void (boneless pocket, where the scaffold can be granulated to fill all the empty volume). Therefore, in yet another aspect, the present invention relates to a granulated bone filling material comprising a metal oxide scaffold according to the present invention. For this purpose, the ground metal oxide scaffold particles may be classified by particle size. In order to fill the bone cavity, it is optimal that the particle size is in the range 0.05-5 mm (mean diameter), preferably 0.1-2 mm, and most preferably 0.2-1 mm. A mixture of particles of the same size or of different sizes may be used.

또 다른 관점에서 본 발명은 골 충전재료로서 사용하기 위해 과립화된 여기 개시된 바와 같은 금속 스캐폴드에 관련된다. 여전히 또 다른 구체예에서 본 발명은 골 충전재료의 제조에 과립화된 여기 개시된 바와 같은 금속 스캐폴드의 사용에 관련된다.In yet another aspect, the invention relates to a metal scaffold as disclosed herein granulated for use as a bone filler material. In still yet another embodiment, the present invention relates to the use of a metal scaffold as disclosed herein, granulated in the preparation of a bone filler material.

여전히 또 다른 관점에서 본 발명은 여기 개시된 바와 같은 금속 산화물 스캐폴드 또는 의료용 임플란트를 필요로 하는 대상자에 이식하는 것을 포함하는 조직의 재생, 치유, 대체 및/또는 복구를 위한 방법에도 관련된다.Still yet another aspect, the present invention also relates to a method for regeneration, healing, substitution and / or repair of tissue comprising implanting a metal oxide scaffold or a medical implant into a subject in need thereof.

조직 공학은 기능성 조직 대용물을 산출하기 위해 생물학적 조직과 특이적 상호작용을 할 수 있는 새로운 세대의 생체 물질의 개발을 수반한다. 밑에 놓인 개념은 세포들이 환자로부터 분리되고, 세포 배양물에서 확장되고 특정 생체 물질로부터 제조된 스캐폴드에 파종되어 "TE 구조물"이라 불리는 스캐폴드/생물학적 복합체를 형성할 수 있다는 것이다. 그 다음 구조물은 같은 환자에 그래프팅되어 대체 조직으로서 기능할 수 있다. 어떤 이러한 시스템은 공여자 기관의 제한된 이용가능성이 있는 경우에, 또는 어떤 경우(예를 들면 어린 환자들)에는 부적당한 천연 대체물이 이용가능한 경우에 기관 조직 대체를 위해 유용하다. 스캐폴드 자체는 성장 인자, 유전자 및 약물로부터 생물학적 활성 부분을 위한 전달 비히클로서 작용할 수도 있다. 외과에 이 혁신적인 접근은 환자의 안녕과 건강관리 시스템의 진보 둘 다에 이점을 갖는 광범위한 이용분야를 갖는다.Tissue engineering involves the development of new generations of biomaterials capable of specific interactions with biological tissues to produce functional tissue substitutes. The underlying idea is that cells can be isolated from patients, expanded in cell cultures and seeded into scaffolds made from specific biomaterials to form a scaffold / biological complex called the "TE structure ". The structure may then be grafted to the same patient and function as an alternative tissue. Some of these systems are useful for replacing organ tissues where there is limited availability of donor or, in some cases (eg, young patients), where inappropriate natural substitutes are available. The scaffold itself may act as a delivery vehicle for growth factors, genes and biologically active portions from the drug. This innovative approach to surgery has a wide range of applications that benefit both patient well-being and advances in healthcare systems.

본 발명의 스캐폴드는 세포에 이식될 수 있고 스캐폴드 구조물에서 세포가 성장할 것이다. 이식에 앞서 임플란트에서 세포를 파종하고 성장시키는 것도 또한 가능하다. 본 발명의 금속 산화물 스캐폴드의 신규한 상호연결된 매크로 다공질 구조물은 조직공학에 특히 적합하고, 현저하게는 골 조직 공학에 적합하며, 현재 이용가능한 골 치유 요법에 흥미로운 대안으로 적합하다. 이 점에서, 금속 산화물 스캐폴드의 골수 유도된 세포 파종은 당업자에게 잘 알려진 종래의 방법들을 사용하여 수행된다(Maniatopoulos et al, in Cell Tissue Res 254, 317-330, 1988에 기술됨). 세포들은 금속 산화물 스캐폴드에 파종되고 적합한 성장 조건에서 배양된다. 배양물은 성장을 촉진하기에 적당한 배지로 기른다.The scaffold of the present invention can be implanted into cells and cells will grow in the scaffold construct. It is also possible to seed and grow the cells in the implant prior to implantation. The novel interconnected macroporous structures of the metal oxide scaffolds of the present invention are particularly well suited to tissue engineering and are eminently suitable for bone tissue engineering and are an interesting alternative to currently available bone healing therapies. In this regard, bone marrow-derived cell seeding of the metal oxide scaffold is carried out using conventional methods well known to those skilled in the art (Maniatopoulos et al, in Cell Tissue Res 254, 317-330, 1988). The cells are seeded in a metal oxide scaffold and cultured under suitable growth conditions. The cultures are grown in media suitable for promoting growth.

위에서 제시한 바와 같이, 여러가지 유형의 세포들이 본 발명의 금속 산화물 스캐폴드를 통해 성장될 수 있다. 더 정확히는, 세포 유형은 조혈 또는 중간엽 줄기 세포를 포함하며, 또한 심장혈관, 근육, 또는 어떤 연결 조직을 산출하는 세포들을 포함한다. 세포들은 사람 또는 다른 동물 유래일 수 있다. 그러나, 본 발명의 금속 산화물 스캐폴드는 골 형성 세포, 특히 뼈 바탕질을 만들어 내는 세포의 성장에 특히 적합하다. 조직 공학을 위해, 세포는 어떤 기원의 것도 될 수 있다. 세포는 사람 유래의 것이 유리하다. 본 발명에 따르는 3차원 금속 산화물 스캐폴드에서 세포를 성장시키는 본 발명 방법은 파종된 골 형성 세포가 예를 들면, 금속 산화물 스캐폴드를 침투하여 금속산화물 스캐폴드의 구조에서 침입성 분포를 가지면서, 시험관 내 단계의 동안에 뼈 바탕질을 만들어 내는 것을 허용한다. 골 형성 세포 침투 및, 그 결과 뼈 바탕질 만들기는 기계, 초음파, 전기장 또는 전자 수단에 의해 향상될 수 있다.As indicated above, various types of cells can be grown through the metal oxide scaffold of the present invention. More precisely, cell types include hematopoietic or mesenchymal stem cells, and also include cells that produce cardiovascular, muscular, or any connective tissue. The cells may be derived from humans or other animals. However, the metal oxide scaffolds of the present invention are particularly suitable for the growth of osteogenic cells, particularly cells producing bone matrix. For tissue engineering, a cell can be of any origin. Cells are of human origin. The method of the invention for growing cells in a three-dimensional metal oxide scaffold according to the present invention is characterized in that seeded osteogenic cells penetrate the metal oxide scaffold, for example, and have an invasive distribution in the structure of the metal oxide scaffold, Allows the creation of bone matrix during the in vitro stage. Penetration of osteogenic cells and, as a result, bone matrix formation can be enhanced by mechanical, ultrasonic, electric or electronic means.

본 발명의 스캐폴드는 조직의 재생을 위해서와 같은 세포의 성장을 위한 프레임웍으로서 작용하는 구조물의 필요가 있을 때마다 유용하다. 본 발명의 스캐폴드는 뼈 및 연골 구조물의 재생을 위해 특히 유용하다. 이러한 구조물의 재생이 필요할 수 있는 상황의 예들은 외상, 뼈 또는 치아의 외과적 제거 또는 암 치료와 관련한 것을 포함한다. 그러므로 또 다른 관점에서 본 발명은 또한 뼈, 연골, 시멘트질, 및 치아 조직과 같은 조직의 재생을 위해 여기 개시된 바와 같은 의료용 임플란트의 사용과 이러한 의료용 임플란트의 필요로 하는 환자에의 이식을 포함하는 이러한 조직의 재생 방법에 관련된다.The scaffold of the present invention is useful whenever there is a need for a structure that acts as a framework for cell growth, such as for tissue regeneration. The scaffold of the present invention is particularly useful for the regeneration of bone and cartilage structures. Examples of situations in which regeneration of such structures may be required include surgical removal of traumas, bones or teeth, or those associated with cancer therapy. Therefore, from a different viewpoint, the present invention also relates to the use of medical implants as disclosed herein for regeneration of tissues such as bone, cartilage, cementum, and tooth tissue, and the use of such tissues As well as to a method for reproducing the same.

전부 또는 부분적으로 대체될 수 있는 환자에서의 구조물의 예들은 광대뼈를 포함하는 머리-안면 뼈, 내이의 뼈(특히 망치뼈, 등자뼈 및 모루뼈), 턱 및 아래턱 치아이틀 리지, 안와의 벽 및 바닥, 굴의 벽 및 바닥, 두개골 및 두개골 내 결함, 고관절의 확(Fossa acetabuli), 예를 들면 고관절 형성이상의 경우, 상완골, 요골, 척골, 대퇴골, 경골 및 비골을 포함하는(이것들에 제한되지 않음) 긴 뼈들의 복합된 골절, 척추뼈, 손 및 발의 뼈, 손가락 및 발가락의 뼈, 적출 확(치아 적출로부터)의 충전, 치주 결함의 치유 및 임플란트 주위 결함의 치유를 포함하나, 이것들에 제한되지 않는다.Examples of structures in a patient that may be replaced in whole or in part include: head-face bone including cheekbones, bone of inner ear (especially hammer bone, crus bone and ankle), jaw and lower teeth tooth, wall and bottom of orbit, (Including but not limited to) the walls and floor of the oysters, defects in the skull and skull, fossa acetabuli, such as in the case of hip arthroplasty, humerus, radial, ulnar, femur, But are not limited to, multiple fractures of the bones, vertebral bones, bone of the hands and feet, bones of the fingers and toes, filling of the extraction shaft (from tooth extraction), healing of periodontal defects and healing of implants.

게다가 본 발명의 스캐폴드는 종양, 감염, 외상, 수술, 선천적 기형, 유전적 질환, 대사 질병(예를 들면, 골다공증 및 당뇨병)으로부터 결과되는 모든 유형의 뼈 결함의 충전을 위해 유용하다.In addition, the scaffolds of the present invention are useful for filling all types of bone defects resulting from tumors, infections, trauma, surgery, congenital malformations, genetic diseases, metabolic diseases (e.g., osteoporosis and diabetes).

실시예 1 : TIO2 슬러리 조제 Example 1: Preparation of TIO 2 slurry

사용된 슬러리는 정전기 안정화된 Ti02-현탁액으로 구성되고 더 이상의 첨가제는 없었다. 슬러리의 구성요소는 탈이온수, Ti02-분말 (배치 1170117, Sachtleben Hombitan Anatase FF-Pharma, Duisburg, Germany) 및 1 mol/l HCl (Merck Titrisol, Oslo, Norway)이다. 현탁액은 HCl에 의해 pH 2.2로 설정되었다. 최적의 분산을 달성하기 위해, 세라믹 이중 분쇄 디스크를 갖는 교반기 밀에서 현탁액을 제조하였다. 분쇄 동체로서 600 g Zirconox CE 밀링 비드 (Jyoti GmBH, Drebber, Germany)(0.4-0.7 mm의 직경을 가짐)를 사용하였다. 슬러리의 제조는 다음 방법으로 행하였다: The slurry used consisted of an electrostatically stabilized TiO 2 - suspension with no further additives. The components of the slurry are deionized water, TiO 2 - powder (batch 1170117, Sachtleben Hombitan Anatase FF-Pharma, Duisburg, Germany) and 1 mol / l HCl (Merck Titrisol, Oslo, Norway). The suspension was set to pH 2.2 by HCI. To achieve optimum dispersion, a suspension was prepared in a stirrer mill with a ceramic double grinding disk. A 600 g Zirconox CE milling bead (Jyoti GmBH, Drebber, Germany) (having a diameter of 0.4-0.7 mm) was used as the grinding body. The preparation of the slurry was carried out in the following manner:

1. 1.2 g 1 mol/l HCl을 갖는 118.8 g 탈이온수를 밀링 비드를 갖는 수냉 용기에 넣는다. 1. Place 118.8 g of deionized water with 1.2 g of 1 mol / l HCl in a water-cooled container with milling beads.

2. 210 g TiO2-분말의 전체 양의 첨가는 점차적으로 일어난다. TiO2-Pulver를 약 1000 RPM의 교반 속도로 단계적으로 액체에 첨가한다. 현탁액의 점도는 서서히 올라간다. 이 작용은 액체 저장소로부터의 프로톤은 분말 중 TiO2의 OH기에 스스로 부착한다는 사실에 기인하게 된다. 따라서 현탁액 중의 pH 값은 pH 4.2로 이동한다. 점도를 다시 낮추기 위해, 피펫으로 1 M HF를 현탁액에 적정한다. 보통 1 ml HF가 충분하다. 점도는 따라서 슬러리에 추가의 HCl로 조절된다. 2. The addition of the total amount of 210 g TiO 2 - powder occurs gradually. Gradually added to the liquid TiO 2 -Pulver a stirring speed of about 1000 RPM. The viscosity of the suspension gradually rises. This action is due to the fact that the protons from the liquid reservoir attach themselves to the OH groups of TiO 2 in the powder. The pH value in the suspension therefore shifts to pH 4.2. To lower the viscosity again, titrate 1 M HF in the suspension with a pipette. Usually 1 ml HF is sufficient. The viscosity is thus adjusted with additional HCl in the slurry.

3. HCl 적정은 210 g TiO2 전체 양이 완전히 분산될 때까지 계속한다. 이 양에 대해 모두 합해 약 8 ml 의 1 M HCl이 보통 필요하다. 따라서 현탁액 중의 고형분 함량은 약 30 Vol. %에 해당한다.3. The HCl titration continues until the total amount of 210 g TiO 2 is completely dispersed. About this amount, about 8 ml of 1 M HCl are usually needed. Thus, the solids content in the suspension is about 30 vol. %.

4. 이 분산 후에 응집물 및 집성물은 4000 RPM의 고속으로 밀링함으로써 파괴된다. 대략 5-6 시간 후 최적의 결과가 얻어진다.4. After this dispersion, the agglomerates and agglomerates are destroyed by milling at a high speed of 4000 RPM. Optimum results are obtained after approximately 5-6 hours.

5. 현탁액의 점도는 고형분 함량 또는 pH 값의 변화에 의해 이용 목적에 따라 강하게 영향을 받을 수 있다. 더 높은 점도는 더 두꺼운 스캐폴드의 제조를 목적으로 하는 한편, 더 얇고 미세한 구조물은 더 낮은 점도를 필요로 한다.5. The viscosity of the suspension can be strongly influenced by the purpose of use by varying the solids content or pH value. Higher viscosity is intended for the manufacture of thicker scaffolds, while thinner and finer structures require lower viscosity.

6. 작은 기포들은 세라믹 제조를 방해할 수도 있고 따라서 물리쳐야 한다. 이것은 예를 들면, 회전 증발 또는 초음파 욕에 의해 행해질 수 있다. 게다가 슬러리는 100 ㎛ 및 50 ㎛의 기공 크기의 망으로 여과될 수 있다. 이 과정은 또한 이질물을 감소시킨다.6. Small bubbles may interfere with the production of ceramics and thus must be defeated. This can be done, for example, by rotary evaporation or by an ultrasonic bath. In addition, the slurry can be filtered with a mesh of pore sizes of 100 [mu] m and 50 [mu] m. This process also reduces heterogeneity.

7. 적당한 세라믹 슬러리를 얻은 후 스캐폴드를 제조하는 몇가지 수단이 있다. 이하의 두 단원은 두가지 방법, Eckardt et al [12]에 의해 보고된 핫 플레이트 성형 및 Haugen et al [13]에 의해 기술된 폴리머 스폰지 방법을 기술한다.7. There are several ways to make a scaffold after obtaining a suitable ceramic slurry. The following two sections describe two methods, the hot plate forming reported by Eckardt et al [12] and the polymer sponge method described by Haugen et al [13].

실시예 2: 플루오라이드 도핑을 갖는 TiO2 슬러리 조제 Example 2: TiO 2 slurry preparation with fluoride doping

사용된 슬러리는 정전기 안정화된 Ti02-현탁액으로 구성되고 더 이상의 첨가제는 없었다. 슬러리의 구성요소는 탈이온수, Ti02-분말 (배치 1170117, Sachtleben Hombitan Anatase FF-Pharma, Duisburg, Germany) 및 1 mol/l HCl (Merck Titrisol, Oslo, Norway)이다. 현탁액은 HCl에 의해 pH 2.2로 설정되었다. 최적의 분산을 달성하기 위해, 세라믹 이중 분쇄 디스크를 갖는 교반기 밀에서 현탁액을 제조하였다. 분쇄 동체로서 600 g Zirconox CE 밀링 비드 (Jyoti GmBH, Drebber, Germany)(0.4-0.7 mm의 직경을 가짐)를 사용하였다. 슬러리의 제조는 다음 방법으로 행하였다: The slurry used consisted of an electrostatically stabilized TiO 2 - suspension with no further additives. The components of the slurry are deionized water, TiO 2 - powder (batch 1170117, Sachtleben Hombitan Anatase FF-Pharma, Duisburg, Germany) and 1 mol / l HCl (Merck Titrisol, Oslo, Norway). The suspension was set to pH 2.2 by HCI. To achieve optimum dispersion, a suspension was prepared in a stirrer mill with a ceramic double grinding disk. A 600 g Zirconox CE milling bead (Jyoti GmBH, Drebber, Germany) (having a diameter of 0.4-0.7 mm) was used as the grinding body. The preparation of the slurry was carried out in the following manner:

1. 1.2 g 1 mol/l HCl을 갖는 118.8 g 탈이온수를 밀링 비드를 갖는 수냉 용기에 넣는다. 1. Place 118.8 g of deionized water with 1.2 g of 1 mol / l HCl in a water-cooled container with milling beads.

2. 210 g TiO2-분말의 전체 양의 첨가는 점차적으로 일어난다. TiO2-분말을 약 1000 RPM의 교반 속도로 단계적으로 액체에 첨가한다. 현탁액의 점도는 서서히 올라간다. 이 작용은 액체 저장소로부터의 프로톤은 분말 중 TiO2의 OH기에 스스로 부착한다는 사실에 기인하게 된다. 따라서 현탁액 중의 pH 값은 pH 4.2로 이동한다. 점도를 다시 낮추기 위해, 피펫으로 1 M HF를 현탁액에 적정한다. 보통 1 ml HF가 충분하다. 점도는 따라서 슬러리에 추가의 HCl로 조절된다. 2. The addition of the total amount of 210 g TiO 2 - powder occurs gradually. The TiO 2 powder is added stepwise to the liquid at a stirring rate of about 1000 RPM. The viscosity of the suspension gradually rises. This action is due to the fact that the protons from the liquid reservoir attach themselves to the OH groups of TiO 2 in the powder. The pH value in the suspension therefore shifts to pH 4.2. To lower the viscosity again, titrate 1 M HF in the suspension with a pipette. Usually 1 ml HF is sufficient. The viscosity is thus adjusted with additional HCl in the slurry.

3. HF 산을 슬러리에 첨가하는 것은 또한 티타늄-플루오라이드 함유 화합물에 TiO2를 도핑하는 효과를 갖는다.3. Adding HF acid to the slurry also has the effect of doping TiO 2 into the titanium-fluoride containing compound.

4. HF 적정은 210 g TiO2 전체 양이 완전히 분산될 때까지 계속한다. 이 양에 대해 모두 합해 약 8 ml 의 1 M HF가 보통 필요하다. 따라서 현탁액 중의 고형분 함량은 약 30 Vol. %에 해당한다.4. The HF titration continues until the total amount of 210 g TiO 2 is completely dispersed. About this amount, about 8 ml of 1 M HF is usually needed. Thus, the solids content in the suspension is about 30 vol. %.

5. 도핑의 양은 슬러리에 첨가되는 HF의 양에 의해 조절되고, 플루오라이드 농도를 낮추기 위해 1 M HCl로 대신할 수 있다.5. The amount of doping is controlled by the amount of HF added to the slurry and can be replaced with 1 M HCl to lower the fluoride concentration.

6. 이 분산 후에 응집물 및 집성물은 4000 RPM의 고속으로 밀링함으로써 파괴된다. 대략 5-6 시간 후 최적의 결과가 얻어진다.6. After this dispersion, the agglomerates and agglomerates are destroyed by milling at a high speed of 4000 RPM. Optimum results are obtained after approximately 5-6 hours.

7. 현탁액의 점도는 고형분 함량 또는 pH 값의 변화에 의해 이용 목적에 따라 강하게 영향을 받을 수 있다. 더 높은 점도는 더 두꺼운 스캐폴드의 제조를 목 적으로 하는 한편, 더 얇고 미세한 구조물은 더 낮은 점도를 필요로 한다.7. The viscosity of the suspension can be strongly influenced by the purpose of use by varying the solids content or pH value. Higher viscosity is intended for the manufacture of thicker scaffolds, while thinner, finer structures require lower viscosity.

8. 작은 기포들은 세라믹 제조를 방해할 수도 있고 따라서 물리쳐야 한다. 이것은 예를 들면, 회전 증발 또는 초음파 욕에 의해 행해질 수 있다. 게다가 슬러리는 100 ㎛ 및 50 ㎛의 기공 크기의 망으로 여과될 수 있다. 이 과정은 또한 이질물을 감소시킨다.8. Small bubbles may interfere with ceramic manufacture and thus must be defeated. This can be done, for example, by rotary evaporation or by an ultrasonic bath. In addition, the slurry can be filtered with a mesh of pore sizes of 100 [mu] m and 50 [mu] m. This process also reduces heterogeneity.

실시예 3: 스캐폴드 제조-핫 플레이트 성형Example 3: Scaffold Fabrication - Hot Plate Forming

핫 플레이트 성형은 수증기의 효과를 이용하여 세라믹 원료를 함유하는 현탁액 방울을 빈 구 기하학 형태로 성형하는 형태화 방법이다(도 1). 플루오라이드 도핑된 TiO2 슬러리를 제조하고(실시예 2 참조), 6.0 g 폴리에틸렌-공중합체 분말(Terpolymer 3580, Plastlabor, Switzerland) 및 5.0 g 페놀 수지 분말(FP 226, Bakelite, Germany)과 혼합하였다. 구형 오목부를 갖는 황동 플레이트를 320℃로 가열하였다. 그 다음 2 ml 주사기를 사용하여, 슬러리 방울을 각 오목부에 제공하였다. 플레이트로부터 방울에의 열 전달은 수증기의 방출을 가져왔고, 그 다음 방울 내에 기포를 형성하였다. 이들 수증기 방울들의 응집은 방울의 중심에 큰 공동을 만들었고, 점진적인 건조로 구조물이 붕괴하는 것을 방지하였다. 계속해서 올라가는 수증기 압력은 최종적으로 방울의 여전히 점성인 최상단부의 파열을 가져왔다. 표면장력이 작용하여 이 개구의 테두리를 둥글게 하였다. 또한, 핫 플레이트로부터의 열전달은 형성된 동체에서 폴리머 분말을 용융 및 열분해하고, 따라서 빈 구 형태를 안정화시키고 그것을 핫 플레이트로부터 분리시켰다. 폴리머들은 5시간 내에 800℃로 가열함으로써 제거하였다. 사전 소성된 샘플들을 1620℃에서 15분간 전기로에서 소결하였고 다공질 세라믹을 가져왔다[12].Hot plate forming is a shaping method for shaping suspension droplets containing a ceramic raw material into an empty spherical geometry using the effect of water vapor (Fig. 1). A fluoride doped TiO 2 slurry was prepared (see Example 2) and mixed with 6.0 g of a polyethylene-copolymer powder (Terpolymer 3580, Plastlabor, Switzerland) and 5.0 g of phenolic resin powder (FP 226, Bakelite, Germany). The brass plate with spherical recesses was heated to 320 ° C. Slurry drops were then provided to each well using a 2 ml syringe. Heat transfer from the plate to the droplets resulted in the emission of water vapor, which then formed bubbles within the droplets. The agglomeration of these water droplets created a large cavity in the center of the droplet and prevented the structure from collapsing with progressive drying. The continuously rising water vapor pressure eventually resulted in the rupture of the topmost part of the droplet still. Surface tension acts to round the rim of this opening. Heat transfer from the hot plate also melted and pyrolyzed the polymer powder in the formed body, thus stabilizing the vacant sphere shape and separating it from the hot plate. The polymers were removed by heating to &lt; RTI ID = 0.0 &gt; 800 C &lt; / RTI &gt; The pre-fired samples were sintered in an electric furnace at 1620 ° C for 15 minutes and brought into a porous ceramic [12].

실시예 4: 스캐폴드 제조-폴리머 스폰지 방법Example 4: Preparation of Scaffold-Polymer Sponge Method

그믈모양 개방-기공 세라믹을 폴리머 다공질 구조물의 복제에 의해 제조한다. "복제" 또는 "폴리머-스폰지" 방법이라 부르는 이 기술에 대한 특허는 1963년에 Schwartzwalder 및 Somers [14]에 의해 처음 출원되었다. 이것은 알루미나, 지르코늄, 탄화 규소 및 다른 세라믹 발포체를 제조하는 표준 방법이다[15-19]. 발포체는 폴리우레탄 발포체를 제조된 플루오라이드-도핑된 TiO2 슬러리로 코팅함으로써 제조된다(실시예 2 참조). 이미 원하는 매크로 구조를 갖는 폴리머는 단순히 세라믹 코팅을 위한 희생적 스캐폴드로서 제공된다. 슬러리는 구조물을 침윤하고 폴리머의 표면에 부착한다. 과잉의 슬러리를 압착하여 발포체 지주에 세라믹 코팅을 남긴다. 건조 후, 폴리머를 서서히 연소시켜 다공질 코팅에의 손상을 최소화하도록 한다. 일단 폴리머를 제거했을 때, 세라믹을 원하는 밀도로 소결시킨다. 공정은 폴리머의 매크로 구조를 복제하고 지주 내에 오히려 특유의 미세구조를 가져온다. 공정의 흐름도를 제공하였다(도 2).Open-pore ceramics are produced by the replication of polymer porous structures. The patent for this technique, called the "cloning" or "polymer-sponge" method, was first filed in 1963 by Schwartzwalder and Somers [14]. This is the standard method for making alumina, zirconium, silicon carbide and other ceramic foams [15-19]. Foams are prepared by coating the polyurethane foam with the prepared fluoride-doped TiO 2 slurry (see Example 2). Polymers already having the desired macrostructure are simply provided as sacrificial scaffolds for ceramic coatings. The slurry infiltrates the structure and adheres to the surface of the polymer. Excess slurry is squeezed to leave a ceramic coating on the foam strut. After drying, the polymer is slowly burned to minimize damage to the porous coating. Once the polymer is removed, the ceramic is sintered to the desired density. The process duplicates the macroscopic structure of the polymer and produces a rather unique microstructure within the strut. A flow diagram of the process was provided (Figure 2).

실시예 5: 스캐폴드 제조-코팅을 갖는 폴리머 스폰지 방법Example 5: Scaffold production - Polymer sponge method with coating

그믈모양 개방-기공 세라믹을 폴리머 다공질 구조물의 복제에 의해 제조한다. "복제" 또는 "폴리머-스폰지" 방법이라 부르는 이 기술에 대한 특허는 1963년에 Schwartzwalder 및 Somers [14]에 의해 처음 출원되었다. 이것은 알루미나, 지 르코늄, 탄화 규소 및 다른 세라믹 발포체를 제조하는 표준 방법이다[15-19]. 발포체는 폴리우레탄 발포체를 제조된 TiO2 슬러리로 코팅함으로써 제조된다(실시예 1 참조). 이미 원하는 매크로 구조를 갖는 폴리머는 단순히 세라믹 코팅을 위한 희생적 스캐폴드로서 제공된다. 슬러리는 구조물을 침윤하고 폴리머의 표면에 부착한다. 과잉의 슬러리를 압착하여 발포체 지주에 세라믹 코팅을 남긴다. 건조 후, 폴리머를 서서히 연소시켜 다공질 코팅에의 손상을 최소화하도록 한다. 일단 폴리머를 제거했을 때, 세라믹을 원하는 밀도로 소결시킨다. 발포체를 이제 실시예 2에 기술되어 있는 플루오라이드-도핑된 TiO2 슬러리에 침지시키고, 이어서 건조 및 소결시킨다. 플루오라이드-도핑된 TiO2의 균일한 코팅이 TiO2 스캐폴드를 덮을 때까지 침지 공정을 계속한다.Open-pore ceramics are produced by the replication of polymer porous structures. The patent for this technique, called the "cloning" or "polymer-sponge" method, was first filed in 1963 by Schwartzwalder and Somers [14]. This is the standard method for making alumina, zirconium, silicon carbide and other ceramic foams [15-19]. Foams are prepared by coating a polyurethane foam with the prepared TiO 2 slurry (see Example 1). Polymers already having the desired macrostructure are simply provided as sacrificial scaffolds for ceramic coatings. The slurry infiltrates the structure and adheres to the surface of the polymer. Excess slurry is squeezed to leave a ceramic coating on the foam strut. After drying, the polymer is slowly burned to minimize damage to the porous coating. Once the polymer is removed, the ceramic is sintered to the desired density. The foam is now immersed in the fluoride-doped TiO 2 slurry described in Example 2, followed by drying and sintering. The immersion process is continued until a uniform coating of fluoride-doped TiO 2 covers the TiO 2 scaffold.

실시예 6: 슬러리 조제Example 6: Slurry preparation

사용된 슬러리는 정전기 안정화된 Ti02-현탁액으로 구성되고 어떤 더 이상의 유기 첨가제는 없었다. 슬러리의 구성요소는 멸균수, Ti02-분말 (Pharma FP Hobitam, Sachtleben GmbH, Duisburg, Germany) 및 1 mol/l HCl (Merck, Oslo, Norway)이다. 현탁액은 HCl에 의해 pH 1.7로 설정되었다. 최적의 입자 크기를 달성하기 위해, 세라믹 슬러리를 맞춤 티타늄 회전날을 갖는 고속 용해 장치(Dispermat Ca-40, VMA-Getzmann GmbH, Reichshof, Germany)로 분산시켰다. 슬러리의 제조는 다음 방법으로 행하였다:The slurry used consisted of an electrostatically stabilized TiO 2 - suspension and no further organic additives. The components of the slurry are sterile water, TiO 2 - powder (Pharma FP Hobitam, Sachtleben GmbH, Duisburg, Germany) and 1 mol / l HCl (Merck, Oslo, Norway). The suspension was set to pH 1.7 by HCI. To achieve the optimum particle size, the ceramic slurry was dispersed in a high speed dissolution apparatus (Dispermat Ca-40, VMA-Getzmann GmbH, Reichshof, Germany) with a custom titanium rotary blade. The preparation of the slurry was carried out in the following manner:

1. 72 그램의 TiO2 분말을, 낮은 회전 속도 1000 rpm으로 교반하에 수냉 용기에서 pH 1.7에서 29.7 ml 탈이온수에 점차적으로 가하였다. 1. 72 grams of TiO 2 powder was gradually added to 29.7 ml of deionized water at pH 1.7 in a water-cooled vessel under stirring at a low rotational speed of 1000 rpm.

2. TiO2 분말은 온도를 20℃ 내지 25℃로 유지하면서 점차적으로 첨가하였다. 회전 속도를 4000 rpm으로 증가시켰을 때 온도는 10℃-18℃로 감소되었다.2. The TiO 2 powder was gradually added while maintaining the temperature at 20 ° C to 25 ° C. When the rotational speed was increased to 4000 rpm, the temperature was decreased to 10 ° C-18 ° C.

3. 슬러리가 균질했을때 회전속도는 5 시간 동안 5000 rpm으로 증가되었다. 3. When the slurry was homogeneous, the rotational speed was increased to 5000 rpm for 5 hours.

4. pH를 30분 마다 조절하고 1 mol/L HCl에 의해 pH 1.7로 재조절하였다.4. The pH was adjusted every 30 min and readjusted to pH 1.7 with 1 mol / L HCl.

실시예 7: 스캐폴드 제조 - 폴리머 스폰지, 두번째 실시에Example 7: Scaffold Fabrication - Polymer Sponge, Second Embodiment

그믈모양 개방-기공 세라믹을 폴리머 다공질 구조물의 복제에 의해 제조한다. 이 방법은 "schwartzwald 방법" 또는 폴리머 스폰지 방법 이라고 부른다[14]. 60 ppi를 갖는 완전 그믈모양 폴리에스테르 기제 폴리우레탄 발포체(Bulbren S, Eurofoam GmbH, Wiesbaden, Germany)를 이 연구에서 사용하였다. 발포체를 8 mm 두께의 큰 플레이트로 공급하고 금속 스탬프로 그것들을 펀칭하여 직경 12 mm의 원통으로 하는 크기로 절단하였다. 그 다음 타블릿을 1 l 탈이온 H2O 및 10 ml Deconex (Burer Chemie AG, Zuchwill, Switzerland)에서 2분간 세척하고, 이어서 에탄올(Absolute, Arcus, Oslo, Norway)에서 세척하였다. 그 다음 타블릿을 실온에서 24시간 동안 건조시키고 PE-백에 보관하였다. 슬러리를 실시예 6에 기술된 대로 제조하였다. 그 다음 폴리머 발포체를 이 세라믹 슬러리에 침지하였다. 이들 발포체를 후에 18℃에서 2분간 1500 rpm에서 원심분리하였다(Biofuge 22R Heraeus Sepatech, Osterode, Germany). 그 다음 샘플을, 소결시키기에 앞서 다공질 세라믹 플레이트 위에 놓고 실온에서 적어도 24시간 건조시켰다. 폴리머의 연소 및 세라믹 부품의 소결을 위한 가열 스케쥴은 다음과 같이 선택하였다: 0.5 K/min로 450 ℃로 서서히 가열, 450 ℃에서 1시간 유지 시간, 3 K/min로 1500 ℃로 가열 , 50시간 유지 시간, 6 K/min로 실온으로 냉각 (HTC-08/16, Nabertherm GmbH, Bremen, Germany).Open-pore ceramics are produced by the replication of polymer porous structures. This method is called the "schwartzwald method" or the polymer sponge method [14]. A fully homogeneous polyester-based polyurethane foam (Bulbren S, Eurofoam GmbH, Wiesbaden, Germany) with 60 ppi was used in this study. The foams were fed into a large 8 mm thick plate and punched out with a metal stamp to cut into a cylinder of 12 mm diameter. The tablet was then washed for 2 minutes in 1 l deionized H 2 O and 10 ml Deconex (Burer Chemie AG, Zuchwill, Switzerland) and then in ethanol (Absolute, Arcus, Oslo, Norway). The tablet was then dried at room temperature for 24 hours and stored in PE-bag. The slurry was prepared as described in Example 6. The polymer foam was then dipped into the ceramic slurry. These foams were then centrifuged at 1500 rpm for 2 minutes at 18 DEG C (Biofuge 22R Heraeus Sepatech, Osterode, Germany). The next sample was then placed on a porous ceramic plate prior to sintering and allowed to dry at room temperature for at least 24 hours. The heating schedule for the combustion of the polymer and the sintering of the ceramic parts was selected as follows: slowly heated to 450 DEG C at 0.5 K / min, held for 1 hour at 450 DEG C, heated to 1500 DEG C at 3 K / min, Holding time, cooling to room temperature with 6 K / min (HTC-08/16, Nabertherm GmbH, Bremen, Germany).

순서order 온도
범위(℃)
Temperature
Range (℃)
가열
속도
(K/min)
heating
speed
(K / min)
지속시간
(min)
duration
(min)
1One 25-45025-450 0.50.5 850850 22 450450 00 6060 33 450-1500450-1500 33 350350 44 15001500 00 30003000 55 1500-501500-50 66 242242

소결 과정Sintering process

1500 ℃의 최대 온도가 달성되었을 때와 이 온도가 20 시간 이상 유지되었을 때 세라믹 지주의 붕괴에 도달하였다. 에너지가 스캐폴드에 전달되면서 폴리머 발포체를 연소시킴으로써 행해진 빈 공간이 붕괴하였고 더 치밀하고 더 강한 구조물이 만들어졌다(도 3).When the maximum temperature of 1500 ° C was achieved and when this temperature was maintained for more than 20 hours, the collapse of the ceramic strut was reached. As the energy was transferred to the scaffold, the void space created by burning the polymer foam collapsed and a more dense and stronger structure was created (FIG. 3).

소결 과정은 융합된 TiO2 입자 상에 나노구조 표면을 생성하였다. 융합이 일어난 입자 경계를 눈으로 볼 수 있다. 높은 배율에서 파형 나노구조로 된 표면을 볼 수 있다(도시않음).The sintering process produced a nanostructured surface on the fused TiO 2 particles. You can see the grain boundaries where fusion occurs. At a high magnification, a wave-like nanostructured surface can be seen (not shown).

소결된 티타늄 산화물 입자 상의 구조물은 표 2에 제공된 다음의 거칠기 파라미터들을 가졌다.The structures on sintered titanium oxide particles had the following roughness parameters provided in Table 2:

티타늄 산화물 스캐폴드(n=5)의 표면 상태 및 형태. 단일 입자들에 적용된 티타늄 산화물 스캐폴드 표면의 거칠기 파라미터Surface states and morphology of titanium oxide scaffolds (n = 5). Roughness parameters of titanium oxide scaffold surface applied to single particles SaSa SqSq SskSsk SkuSku Sfd(1)Sfd (1) SciSci <단위없음><No unit> <단위없음><No unit> <단위없음><No unit> <단위없음><No unit> 평균Average 0.890.89 1.121.12 -0.87-0.87 3.283.28 2.352.35 0.530.53 표준편차Standard Deviation 0.420.42 0.560.56 0.310.31 0.790.79 0.060.06 0.260.26

티타늄 산화물 스캐폴드에서 표면 거칠기, Sa는 890 nm이었고, 평균 제곱근, Sq는 1.12 ㎛이었다. 비대칭도, Ssk는 약간 음의 값이기 때문에, 피크 보다는 골을 갖는 표면이 더 많다. 첨예도, Sku는 피크가 가파른 것으로 나타나 있다. 프랙탈 수, Sfd는 표면이 복잡함을 나타내며 유체 보유 수, Sci는 골 부착과 양의 값으로 상관된 범위를 갖고 있다.In the titanium oxide scaffold, the surface roughness, Sa, was 890 nm, and the mean square root, Sq, was 1.12 탆. Since the asymmetry, Ssk, is slightly negative, there are more surfaces with a valley than a peak. The sharpness, Sku, has been shown to have a steep peak. The number of fractures, Sfd, indicates the complexity of the surface, the fluid retention number, and Sci has a range of correlated values of bone attachment and volume.

전형적으로 Sa는 0.3-1.1 ㎛이고, Sq는 0.4-1.4 ㎛이고, Ssk는 -1.2 내지 1.2이고, Sku는 1-4이고 Sci는 0.2-1.5 ㎛이다. 바람직하게는 Sa는 약 0.9이고. 바람직하게는 Sq는 약 1.2이다. 바람직하게는 Ssk는 -0.9이다. 바람직하게는 Sku는 3이다. 바람직하게는 Sci는 0.63이다.Typically, Sa is 0.3-1.1 占 퐉, Sq is 0.4-1.4 占 퐉, Ssk is -1.2 to 1.2, Sku is 1-4 and Sci is 0.2-1.5 占 퐉. Sa is preferably about 0.9. Preferably, Sq is about 1.2. Preferably, Ssk is -0.9. Preferably Sku is 3. Preferably, Sci is 0.63.

플루오라이드 기공 구조물로 도핑된 티타늄 산화물 스캐폴드의 특성화Characterization of Titanium Oxide Scaffolds Doped with Fluoride Pore Structures

이 구조물은 기술된 TiO2 스캐폴드와 유사하다.This structure is similar to the TiO 2 scaffold described.

실시예 8: 스캐폴드 제조-폴리머 스폰지, 이중 코팅Example 8: Preparation of scaffolds - Polymer sponge, double coating

실시예 7에 기술된 바와 같이 스캐폴드를 만들고 소결시켰다. 다음에 이들 스캐폴드를 실시예 6에 기술된 바와 같이 슬러리에 침지시키고 후에 18℃에서 1500 rpm에서 2분 동안 원심분리하였다((Biofuge 22R Heraeus Sepatech, Osterode, Germany). 그 다음 샘플을 다공질 세라믹 플레이트 위에 놓고 소결에 앞서 적어도 24시간동안 실온에서 건조시켰다. 두번째 소결 단계는 3 K/min의 속도로 1500 ℃로 수행하고, 1500℃에서 30 시간동안 유지시켰다.The scaffold was made and sintered as described in Example 7. [ These scaffolds were then immersed in the slurry as described in Example 6 and then centrifuged at 1500 rpm for 2 minutes at 18 DEG C (Biofuge 22R Heraeus Sepatech, Osterode, Germany). The samples were then placed in a porous ceramic plate And dried at room temperature for at least 24 hours prior to sintering The second sintering step was carried out at a rate of 3 K / min at 1500 ° C and at 1500 ° C for 30 hours.

실시예 9: 스캐폴드 제조-폴리머 스폰지, 플루오라이드로 도핑된 이중 코팅Example 9 Scaffold Fabrication - Polymer Sponge, Doubled Coating Doped with Fluoride

실시예 8에 기술된 바와 같이 스캐폴드를 제조하였다. 다음에 스캐폴드를 0.2 wt%의 염산에 침지시켰다. 20개의 스캐폴드를 90초간 침지시키고 20개의 스캐폴드를 120초간 침지시켰다. 그 후, 스캐폴드를 멸균수에서 1분간 세정하고, 층 흐름으로 풍건하고 멸균 포장으로 포장하였다.A scaffold was prepared as described in Example 8. The scaffold was then immersed in 0.2 wt% hydrochloric acid. 20 scaffolds were immersed for 90 seconds and 20 scaffolds were immersed for 120 seconds. The scaffold was then rinsed in sterile water for 1 minute and air-dried in a layer flow and packed in sterile packaging.

실시예 10: 실시예 8 및 9에 따라 제조된 티타늄 산화물 스캐폴드의 특성화Example 10 Characterization of Titanium Oxide Scaffolds Prepared According to Examples 8 and 9

스캐폴드(n=49)를 0.5 mm 알루미늄 필터를 갖는, 7 ㎛ 복셀(voxel) 해상도 (50×배율), X-선관 전류 173 ㎂ 및 전압 6O kV에서의 Skyscan1072 (Skyscan, Aartselaar, Belgium) 데스크톱 X-선 CT 스캔너를 사용하여 분석하였다. 견본을 플라스틱 지지체 상에 수직으로 장착하고 샘플의 장축(z-축) 주위로 180°회전시켰다. 네개의 흡수 이미지를 0.300° 회전할 때마다 기록하였다. 이들 투사 뢴트겐 사진을 슬라이스 픽셀 내 간격과 같은 Z-차원 간격을 가진, 각각 1024×1024 픽셀인 일련의 1024 8-비트 축상 슬라이스를 발생시키기 위한 표준 원추-빔 재구성에 사용하였다. 결과되는 3-D 데이터 세트는 따라서 전체 10243 공간 범위에 걸쳐 7 ㎛의 복셀 간격을 가지고 등방성이었다. 내부 기공 형태의 3-D 재구성을 이들 축상 비트맵 이미지를 사용하여 수행하고 CTan 및 CTvol (Skyscan, Aartselaar, Belgium)에 의해 분석하였다. 이때, 그레이 스케일 문턱값은 55 내지 230으로 설정되었다. 추가의 잡음을 "스페클 제거(despeckling)" 기능에 의해 제거하였다. 따라서 50 복셀보다 작은 모든 백색 물체를 더이상의 분석에 앞서 제거하였다. 모든 이미지들은 3D 분석을 하였고, 이어서 "수축 포장(shrink-wrap)" 기능을 하였는데, 이것은 빈 지주의 부피를 측정하는 것을 허용하였다. 스캐폴드 지주의 밀도를 같은 소프트웨어를 사용하여 측정하였고, 검정은 1.25 및 1.75 g/㎤에서 취하였다. 그레이 스케일로부터 밀도까지의 검정을 행하여 Hounsfield 유닛 교정까지 하였다. 관계는 선형을 취하였다.(Skyscan, Aartselaar, Belgium) with a 0.7 m voxel resolution (50x magnification), X-ray tube current of 173 및 and a voltage of 60 kV, with a 0.5 mm aluminum filter, scaffold (n = 49) - line CT scanner. The specimen was mounted vertically on a plastic support and rotated 180 DEG about the long axis (z-axis) of the sample. The four absorbed images were recorded every 0.300 ° rotation. These projection random images were used for standard cone-beam reconstruction to generate a series of 1024 8-bit axial slices, each with 1024 x 1024 pixels, with Z-dimensional spacing such as the inter-slice pixel spacing. The resulting 3-D data set was therefore isotropic with a voxel spacing of 7 μm across the entire 1024 3 spatial range. 3-D reconstructions of internal pore shapes were performed using these axial bitmap images and analyzed by CTan and CTvol (Skyscan, Aartselaar, Belgium). At this time, the gray scale threshold value was set to 55 to 230. Additional noise was removed by the "despeckling" function. Thus, all white objects smaller than 50 voxels were removed prior to further analysis. All the images were 3D analyzed and then "shrink-wrap", which allowed to measure the volume of the empty stanchions. The density of the scaffold column was measured using the same software, and the calibration was taken at 1.25 and 1.75 g / cm3. From the gray scale to the density, a Hounsfield unit calibration was performed. The relationship was linear.

BET 표면적은 액체 질소로 분석했을 때 5.0664 ㎡/g인 것으로 발견되었다(TriStar 3000, Micromeretics, Monchengladbach, Germany).The BET surface area was found to be 5.0664 m 2 / g when analyzed with liquid nitrogen (TriStar 3000, Micromeretics, Monchengladbach, Germany).

생체내 실험In vivo experiment

세가지 유형의 스캐폴드를 실시예 8 및 9에 기술된 바와 같이 시험하였다. 이중 코팅된 티타늄 산화물 스캐폴드는 본원에서 TiO2로 언급한다. 0.2 wt.% HF에 90 초 동안 침지한 이중 코팅된 티타늄 산화물 스캐폴드는 본원에서 TOS로 언급한다. 0.2 wt.% HF에 120 초 동안 침지한 이중 코팅된 티타늄 산화물 스캐폴드는 본원에서 THF로 언급한다.Three types of scaffolds were tested as described in Examples 8 and 9. A dual coated titanium oxide scaffold is referred to herein as TiO 2 . A dual coated titanium oxide scaffold immersed in 0.2 wt.% HF for 90 seconds is referred to herein as TOS. A double coated titanium oxide scaffold dipped in 0.2 wt.% HF for 120 seconds is referred to herein as THF.

동물 및 수술 과정Animal and Surgery courses

생후 8개월이고 3.0-3.5 kg인 열 여덟(18)마리 뉴질랜드산 화이트 암 토끼를 연구에 사용하였다(ESF Produkter Estuna AB, Norrtalje, Sweden). 동물들은 시험 기간 동안 우리에 두었다. 실내 온도를 19 ± 1 ℃로 조정하였고 습도는 55 ± 10 %이었다.Eighteen (18) New Zealand white rabbits aged 8 months and 3.0-3.5 kg were used in the study (ESF Produkter Estuna AB, Norrtalje, Sweden). The animals were placed on us during the trial period. The room temperature was adjusted to 19 ± 1 ℃ and the humidity was 55 ± 10%.

실험은 노르웨이 동물 연구기관(Norwegian Animal Research Authority: NARA)의 승인을 받았고 이 기관에 등록되었다. 따라서 과정은 동물 보호 조항(Animal Welfare Act of December 20th 1974, No 73, Chapter Vl, Sections 20-22) 및 동물 실험 규정(Regulation on Animal Experimentation of January 15th 1996)에 따라 행해졌다. 토끼를 우리로부터 꺼내기 10분 전에 0.05-0.1 ml/kg 피하 플루아니손/펜타닐 (Hypnorm®, Janssen, Belgium) 및 2 mg/kg bw 정맥내 Midazolam (Dormicum®, Roche, Switzerland)으로 주사하였다. 깨어난 어떤 표시가 있을 때, 적당한 효과가 달성될 때까지 희석된 Hypnorm®을 서서히 정맥 내 주사하였다. 리도카인/아드레날린(Xylocain/Adrenalin®, AstraTech AB, Molndal, Sweden) 1.8-ml s.p.를 수술 부위에 국소 투여하였다. 수술 전에 수술 부위를 제모하고 유연 비누로 세척하였다. 동물을 수술 테이블에 등을 대고 눕히고 멸균 천으로 덮고 수술 부위를 Chlorhexidingluconat 5 mg/ml (Klorhexidin, Galderma Nordic AB, Sweden)로 소독하였다.The experiment was approved and registered with the Norwegian Animal Research Authority (NARA). The procedure was therefore carried out in accordance with the Animal Welfare Act of December 20th 1974, No 73, Chapter VI, Sections 20-22 and Regulation on Animal Experimentation of January 15th 1996. Ten minutes before the rabbits were taken from us, they were injected with 0.05-0.1 ml / kg of subcutaneous fluianzone / fentanyl (Hypnorm®, Janssen, Belgium) and 2 mg / kg bw intravenously Midazolam (Dormicum®, Roche, Switzerland). When there were any signs of waking, diluted Hypnorm® was slowly injected intravenously until a suitable effect was achieved. Lidocain / adrenaline (Xylocain / Adrenalin®, AstraTech AB, Molndal, Sweden) 1.8-ml s.p. Before surgery, the surgical site was removed and cleaned with a soft soap. The animals were placed back on the table, covered with a sterile cloth, and the surgical site was disinfected with Chlorhexidingluconat 5 mg / ml (Klorhexidin, Galderma Nordic AB, Sweden).

경골의 기단-전방 부에서 모든 유연 조직 층들을 침투하는 절개를 하였다. 골막을 들어올리고 자체유지 견인기에 의해 유지시켰다. 드릴 가이드를 사용하여 비틀기 드릴(Medicon® CMS, Germany)로 네 개의 안내 구멍을 만들어 표준화된 올바른 위치설정을 보장하도록 하였다. 느린 속도 치과용 임플란트 드릴에 장착된 맞춤 스테인레스강 버(직경 6.25 mm)를 사용하여 티타늄 임플란트를 위한 플랫폼을 만들었다. 중앙 가이드 홀에 고정된 또 다른 드릴(직경 3 mm)을 사용하여 중앙 뼈를 제거하고, 골수를 노출시켜 두었다. 다음에 스캐폴드(실시예 8 및 9에 기술된 것과 같은 것)를 다음과 같이 골수에 놓았다: 한 다리는 하나의 대조표준 TiO2 (T) 및 하나의 빈 결함(SHAM)을 가지며, 다른 다리는 두 개의 플루오라이드-도핑된 스캐폴드(TOS 또는 THF)를 가져서, 같은 동물에서 내부 대조표준을 갖도록 한다. TOS 및 THF 샘플은 함께 두지 않았다. 뼈의 모든 분쇄는 충분한 생리 식염수 용액 세척과 함께 행하였다. 두 개의 티타늄 나사(Medicon® CMS, Germany)로 유지된 테플론 캡 및 사전 형태화된 티타늄 악안면 뼈 플레이트(Medicon® CMS, Germany)로 덮인, 코인 형태로 기계가공된 티타늄 임플란트(6.25 mm 직경 및 1.95 mm)를 스캐폴드를 위한 안정화 장치로서 피질골(cortical bone)에 위치시켰다. 유연 조직을 재위치시키고 Dexon®II, (Sherwood-Davis & Geek, UK)로 봉합하였다. 수술 후, 각 동물은 체온으로 가온된 20 ml NaCl로 피하주사 및 부프레노르핀(Temgesic®, Reckitt & Colman, England) 0.02 - 0.05 mg/kg 피하주사를 맞게 했다. 또한 0.05 mg/kg 피하주사인 Temgesic의 두번째 피하주사를 처음의/이전의 Temgesic 주사의 적어도 3시간 후 제공하였다. 연구 기간 동안 건강 상태를 모니터링하고 수술 부위를 상처 치유가 완전해질 때까지 매일 주의깊게 조사하였다. 8주의 치유 기간 후에, 토끼를 플루아니손/펜타닐(Hypnorm®, Janssen, Belgium) 1.0 ml 정맥 내 주사와 이어서 펜토바비탈(Mebumal®, Rikshospitalets Apotek, Norway) 1 ml/kg 체중 정맥 내 주사를 사용하여 안락사시켰다. 안락사 직후, 경골에서 유연 조직을 통해 절개를 하였다. 임플란트를 덮은 티타늄 플레이트를 노출시키고 제저하였다. 중공의 바늘로 PTFE 캡의 중앙에 구멍을 만들고 가압된 공기를 가하여 캡을 제거하고 티타늄 임플란트의 뒤쪽 부분을 노출시켰다.An incision was made to penetrate all the soft tissues in the anterior tibia of the tibia. The periosteum was lifted and maintained by a self-retaining retractor. The drill guide was used to create four guide holes with a twist drill (Medicon® CMS, Germany) to ensure standardized correct positioning. A platform for titanium implants was made using a custom stainless steel bur (6.25 mm diameter) mounted on a slow-speed dental implant drill. Another bone drill (diameter 3 mm) secured to the central guide hole was used to remove the central bone and expose the bone marrow. The scaffolds (as described in Examples 8 and 9) were then placed in the marrow as follows: one leg having one control standard TiO2 (T) and one empty defect (SHAM), the other leg Have two fluoride-doped scaffolds (TOS or THF) to have internal control standards in the same animal. The TOS and THF samples were not placed together. All grinding of the bones was done with a sufficient saline solution wash. Coin-shaped titanium implants (6.25 mm diameter and 1.95 mm diameter) coated with a Teflon cap held in two titanium screws (Medicon® CMS, Germany) and a preformed titanium maxillofacial bone plate (Medicon® CMS, Germany) ) Was placed in the cortical bone as a stabilizing device for the scaffold. Flexible tissue was repositioned and closed with Dexon®II, (Sherwood-Davis & Geek, UK). After surgery, each animal was subcutaneously injected with warmed 20 ml NaCl and subcutaneously injected with 0.02 - 0.05 mg / kg buprenorphine (Temgesic ®, Reckitt & Colman, England). A second subcutaneous injection of Temgesic 0.05 mg / kg subcutaneous injection was also given at least 3 hours after the first / previous Temgesic injection. Health status was monitored during the study and the surgical site was carefully examined daily until wound healing was complete. After a healing period of 8 weeks, rabbits were intravenously injected with 1.0 ml of fluianzol / fentanyl (Hypnorm®, Janssen, Belgium) followed by 1 ml / kg intravenous injection of pentobarbital (Mebumal®, Rikshospitalets Apotek, Norway) Euthanasia. Immediately after euthanasia, incisions were made through soft tissue in the tibia. The titanium plate covered with the implants was exposed and allowed to stand. A hole was made in the center of the PTFE cap with a hollow needle and pressurized air was applied to remove the cap and expose the back portion of the titanium implant.

모든 뼈를 0.5 mm 알루미늄/구리 필터를 갖는, 7 ㎛ 복셀(voxel) 해상도 (50×배율), X-선관 전류 173 ㎂ 및 전압 6O kV에서의 Skyscan1072 (Skyscan, Aartselaar, Belgium) 데스크톱 X-선 CT 스캔너를 사용하여 분석하였다. 견본을 플라스틱 지지체 상에 수직으로 장착하고 샘플의 장축(z-축) 주위로 180°회전시켰다. 네개의 흡수 이미지를 0.400° 회전할 때마다 기록하였다. 이들 투사 뢴트겐 사진을 슬라이스 픽셀 내 간격과 같은 Z-차원 간격을 가진, 각각 1024×1024 픽셀인 일련의 1024 8-비트 축상 슬라이스를 발생시키기 위한 표준 원추-빔 재구성에 사용하였다. 결과되는 3-D 데이터 세트는 따라서 전체 10243 공간 범위에 걸쳐 7 ㎛의 복셀 간격을 가지고 등방성이었다. 모든 스캐폴드는 수평 및 수직 평면 둘 다에 정렬시켰다. 내부 기공 형태의 3-D 재구성을 이들 축상 비트맵 이미지를 사용하여 수행하고 CTan (Skyscan, Aartselaar, Belgium)에 의해 분석하였다. 이때, 그레이 스케일 문턱값은 21 내지 90으로 설정되었다. 이 문턱값은 티타늄 산화물 스캐폴드를 여과시켰다. 따라서 지주골의 내부 기공 형태분석을 스캐폴드 구조물을 빈 곳으로서 함께 수행하였다. 관심있는 영역을 지주골 내부에서 원통(5mm 직경 및 10 mm 길이)으로서 선택하였다. 모든 샘플의 분석에 대해 원통의 형태는 일정하였다. 데이터를 후에 통계 소프트웨어로 처리하였다(SPSS v15 for Windows, US).All bones were placed in a Skyscan 1072 (Skyscan, Aartselaar, Belgium) desktop x-ray CT (Sigma) at 7 탆 voxel resolution (50 x magnification), X-ray tube current 173 ㎂ and a voltage of 60 kV with a 0.5 mm aluminum / Scanners were used for analysis. The specimen was mounted vertically on a plastic support and rotated 180 DEG about the long axis (z-axis) of the sample. The four absorbed images were recorded each time they were rotated by 0.400 degrees. These projection random images were used for standard cone-beam reconstruction to generate a series of 1024 8-bit axial slices, each with 1024 x 1024 pixels, with Z-dimensional spacing such as the inter-slice pixel spacing. The resulting 3-D data set was therefore isotropic with a voxel spacing of 7 μm across the entire 1024 3 spatial range. All scaffolds were aligned on both horizontal and vertical planes. 3-D reconstructions of internal pore shapes were performed using these axial bitmap images and analyzed by CTan (Skyscan, Aartselaar, Belgium). At this time, the gray scale threshold value was set to 21 to 90. This threshold filtered the titanium oxide scaffold. Therefore, analysis of the internal pore shape of the strut bone was performed together with the scaffold structure as an open space. The area of interest was chosen as the cylinder (5 mm diameter and 10 mm length) inside the trough. The shape of the cylinder was constant for the analysis of all samples. Data were later processed with statistical software (SPSS v15 for Windows, US).

결과result

티타늄 산화물 스캐폴드, 낮은 플루오라이드를 갖는 티타늄 산화물 스캐폴드 및 중간 플루오라이드 함량을 갖는 티타늄 산화물 스캐폴드는 모두 대조표준(sham)과 비교하여 스캐폴드 내부에서 크게 유의적으로(p<0.001) 증가된 골 형성을 가졌다(도 4).Titanium oxide scaffolds, titanium oxide scaffolds with low fluoride and titanium oxide scaffolds with intermediate fluoride contents all increased significantly (p < 0.001) within the scaffold compared to the control standard (sham) (Fig. 4).

대조표준과 비교하여 스캐폴드 내부에서 뼈의 질에 있어서 크게 유의적인 차이가 있었고(p<0.001), 그러나 또한 순수한 티타늄 산화물 스캐폴드와 비교하여 중간 함량의 플루오라이드를 갖는 스캐폴드와는 유의적인 차이가 있었는데(p<0.05) (도 5), 이것은 플루오라이드 자극된 골 성숙 및 성장을 가리켰다.There was a significant difference in bone quality (p <0.001) within the scaffold compared to the control standard, but also a significant difference from the scaffold with an intermediate content of fluoride compared to the pure titanium oxide scaffold (P < 0.05) (Fig. 5), indicating fluoride stimulated bone maturation and growth.

실시예 11: 슬러리 조제 티타늄 산화물 및 알루미늄 산화물 복합체Example 11: Preparation of slurry Titanium oxide and aluminum oxide complex

재료 및 방법:Materials and Methods:

티타늄 산화물 및 알루미늄 산화물 분말을 80 wt.% TiO2 (Pharma, Sachtleben, Germany) 및 20 wt.% Al2O3 (No. 713-40 II/973, Fa. Nabaltec, Germany)의 비율로 건조 상태에서 혼합하였다. 혼합물을 모르타르에서 충분히 균질화시키고 24 ml 탈이온수, 바인더로서 2.0 g 5% 메틸셀룰로스 용액(Tylopur C 30, Hoechst, Germany) 및 0.2 g 폴리카르본산(Dolapix CE 64, Zschimmer & Schwarz, Germany)으로 구성되는 액체에 분산시켰다. 다음에 슬러리를 전기 교반기로 5분간 균질화시켰다. 최적의 입자 크기를 달성하기 위해, 세라믹 슬러리를 맞춤 티타늄 회전날을 갖는 고속 용해 장치(Dispermat Ca-40, VMA-Getzmann GmbH, Reichshof, Germany)로 분산시켰다. 다공질 구조물 및 소결을 실시예 8 및 9에서 기술된 바와 같이 수행하였다. 기술된 중량 백분율에 더하여, 또한 30 wt.%, 40 wt.% 및 50 wt% 의 Al2O3도 시도하였다.Titanium oxide and aluminum oxide powders were dried at a ratio of 80 wt.% TiO 2 (Pharma, Sachtleben, Germany) and 20 wt.% Al 2 O 3 (No. 713-40 II / 973, Nabaltec, Germany) Lt; / RTI &gt; The mixture was homogenized thoroughly in the mortar and mixed with 24 ml deionized water, 2.0 g 5% methylcellulose solution (Tylopur C 30, Hoechst, Germany) as binder and 0.2 g polycarboxylic acid (Dolapix CE 64, Zschimmer & Schwarz, Germany) And dispersed in a liquid. Next, the slurry was homogenized with an electric stirrer for 5 minutes. To achieve the optimum particle size, the ceramic slurry was dispersed in a high speed dissolution apparatus (Dispermat Ca-40, VMA-Getzmann GmbH, Reichshof, Germany) with a custom titanium rotary blade. The porous structure and sintering were carried out as described in Examples 8 and 9. In addition to the weight percentages described, 30 wt.%, 40 wt.% And 50 wt.% Of Al 2 O 3 were also tried.

결과:result:

80wt.% TiO2 및 20 wt.% Al2O3의 혼합물 비율은 가장 안정한 고형 물체를 제공하였다. 다른 재료들은 잘 분산되었는데, 이것은 EDX 이미지로 볼 수 있다(도 6). 샘플들의 경도(Vickers 테스트에 따름)는 도 7에 나타내었다.The mixture ratio of 80 wt.% TiO 2 and 20 wt.% Al 2 O 3 provided the most stable solid body. Other materials are well dispersed, which can be viewed as an EDX image (Figure 6). The hardness of the samples (according to the Vickers test) is shown in FIG.

실시예 12: 슬러리 조제 티타늄 산화물 및 알루미늄 산화물 복합체Example 12: Slurry preparation Titanium oxide and aluminum oxide complex

재료 및 방법:Materials and Methods:

티타늄 산화물 및 알루미늄 산화물 분말을 80wt.% TiO2 (Pharma, Sachtleben, Germany)의 비율로 건조 상태에서 혼합하고 20 wt.% 시판 ZrO2 분말 (3 mol% Y2O3, Cerac Inc., Wl, USA)을 사용하여 슬러리 혼합물을 제조하였다. 100 g의 분말을 6 g의 트리에틸 인산염(TEP; (C2H5)3PO4, Aldrich, USA)이 분산된 150 ml 증류수에서 24시간 동안 격렬히 교반하였다. 바인더로서, 6 g의 폴리비닐부틸(PVB, Aldrich, USA)을 또 다른 비이커에 용해시키고, 이어서 슬러리에 첨가하고 추가 24시간 동안 교반하였다. 다공질 구조물 및 소결을 실시예 8 및 9에서 기술된 바와 같이 수행하였다. 기술된 중량 백분율에 더하여, 또한 40 wt.%, 60 wt.% 및 80 wt% 의 ZrO2 분말도 시도하였다.Titanium oxide and aluminum oxide powder were mixed with 80 wt.% TiO 2 (Pharma, Sachtleben, Germany), and a slurry mixture was prepared using 20 wt.% Commercial ZrO 2 powder (3 mol% Y 2 O 3 , Cerac Inc., Wl, USA). 100 g of powder was vigorously stirred in 150 ml of distilled water dispersed with 6 g of triethyl phosphate (TEP; (C 2 H 5 ) 3 PO 4 , Aldrich, USA) for 24 hours. As a binder, 6 g of polyvinylbutyl (PVB, Aldrich, USA) was dissolved in another beaker, followed by addition to the slurry and stirring for an additional 24 hours. The porous structure and sintering were carried out as described in Examples 8 and 9. In addition to the weight percentages described, ZrO2 powders of 40 wt.%, 60 wt.% And 80 wt.% Were also tried.

결과:result:

구조물의 경도는 증가된 양의 ZrO2로 증가하였다. 최고의 경도는 80 wt% ZrO2를 갖는 샘플에서 발견되었다. 도 8은 ZrO2 및 TiO2 복합체의 혼합물의 비커스 경도를 나타낸다. 현미경 이미지를 또한 나타내었다(도 9).The hardness of the structure increased with increasing amount of ZrO 2 . The highest hardness was found in the sample with 80 wt% ZrO 2 . Figure 8 shows the Vickers hardness of a mixture of ZrO 2 and TiO 2 composites. Microscopic images were also shown (Figure 9).

실시예 13Example 13

혼합물의 조성은 실시예 11 및 12에 기술된 바와 같으나, 혼합을 습식 조건에서 볼밀에서 수행하였다.The composition of the mixture was as described in Examples 11 and 12, but mixing was carried out in a ball mill under wet conditions.

Figure 112009044457018-pct00001
Figure 112009044457018-pct00001

Figure 112009044457018-pct00002
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Claims (40)

티타늄 산화물을 포함하는 금속 산화물 스캐폴드로서, 상기 스캐폴드는 0.1-150 MPa의 압축 강도를 갖고, 상기 티타늄 산화물은 상기 금속 산화물 스캐폴드에 대하여 40-100 wt%의 함량으로 포함되고, 상기 티타늄 산화물은 10 ppm 미만의 2차; 3차; 또는 2차 및 3차 인산염을 포함하는 것을 특징으로 하는 금속 산화물 스캐폴드.1. A metal oxide scaffold comprising titanium oxide, wherein the scaffold has a compressive strength of 0.1 to 150 MPa, the titanium oxide is contained in an amount of 40 to 100 wt% with respect to the metal oxide scaffold, Less than 10 ppm secondary; Tertiary; Or secondary and tertiary phosphates. &Lt; RTI ID = 0.0 &gt; 11. &lt; / RTI &gt; 제1항에 있어서, 상기 압축 강도가 5-15 MPa인 것을 특징으로 하는 금속 산화물 스캐폴드.The metal oxide scaffold of claim 1, wherein the compressive strength is 5-15 MPa. 제1항에 있어서, 40-99%의 기공도를 갖는 것을 특징으로 하는 금속 산화물 스캐폴드.The metal oxide scaffold of claim 1, wherein the metal oxide scaffold has a porosity of 40-99%. 제1항에 있어서, 10-3000 ㎛의 기공 크기를 갖는 것을 특징으로 하는 금속 산화물 스캐폴드. The metal oxide scaffold of claim 1, having a pore size of 10-3000 m. 제1항에 있어서, 2.0-3.0의 프랙탈 차원 지주를 갖는 것을 특징으로 하는 금속 산화물 스캐폴드.The metal oxide scaffold of claim 1, having a fractal dimension strand of 2.0-3.0. 제1항에 있어서, 0.001-3.0 ㎛3의 내부 지주 부피를 갖는 것을 특징으로 하는 금속 산화물 스캐폴드. 2. The metal oxide scaffold of claim 1, wherein the metal oxide scaffold has an internal pore volume of 0.001-3.0 mu m &lt; 3 & gt ;. 제1항에 있어서, 기공이 상호 연결되거나 부분적으로 상호 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 금속 산화물 스캐폴드.The metal oxide scaffold of claim 1, wherein the pores are interconnected or partially interconnected. 제1항에 있어서, Zr, Hf, V, Nb, Ta 및 Al으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 이상의 산화물을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 금속 산화물 스캐폴드.The metal oxide scaffold according to claim 1, further comprising at least one oxide selected from the group consisting of Zr, Hf, V, Nb, Ta and Al. 제1항에 있어서, 티타늄 산화물은 스캐폴드에 존재하는 금속 산화물의 60-90 wt%를 구성하는 것을 특징으로 하는 금속 산화물 스캐폴드.The metal oxide scaffold of claim 1, wherein the titanium oxide comprises 60-90 wt% of the metal oxide present in the scaffold. 제1항에 있어서, 부분적으로 또는 완전히 플루오라이드; 플루오르; 또는 플루오라이드와 플루오르;로 덮힌 적어도 하나의 표면을 포함하는 것을 특징으로 하는 금속 산화물 스캐폴드.7. The composition of claim 1, wherein the fluoride is partially or fully fluorinated; fluorine; Or at least one surface covered with fluoride and fluorine. 제10항에 있어서, 상기 플루오라이드는 기체상으로, 증기로, 또는 HF, NaF 또는 CaF2를 포함하는 수용액으로 제공되는 것을 특징으로 하는 금속 산화물 스캐폴드.11. The metal oxide scaffold of claim 10, wherein the fluoride is provided in a gas phase, as a vapor, or as an aqueous solution comprising HF, NaF or CaF 2 . 제1항에 있어서, 70-90%의 기공도를 갖는 것을 특징으로 하는 금속 산화물 스캐폴드.The metal oxide scaffold of claim 1, wherein the metal oxide scaffold has a porosity of 70-90%. 제1항에 있어서, 티타늄 산화물은 TiO2를 포함하는 것을 특징으로 하는 금속 산화물 스캐폴드. The metal oxide scaffold of claim 1, wherein the titanium oxide comprises TiO 2 . 제1항에 있어서, 상기 금속 산화물은 TiO2, Ti3O, Ti2O, Ti3O2, TiO, Ti2O3, 또는 Ti3O5로부터 선택된 한가지 이상의 티타늄 산화물을 포함하는 것을 특징으로 하는 금속 산화물 스캐폴드. The method according to claim 1, wherein the metal oxide comprises at least one titanium oxide selected from TiO 2 , Ti 3 O, Ti 2 O, Ti 3 O 2 , TiO, Ti 2 O 3 , or Ti 3 O 5 Metal oxide scaffold. 제1항에 있어서, 조직의 재생, 치유, 대체 또는 복구를 위한 것을 특징으로 하는 금속 산화물 스캐폴드.The metal oxide scaffold of claim 1, for regenerating, healing, replacing or repairing tissue. 제1항에 있어서, 뼈의 재생, 치유, 대체 또는 복구를 위한 것을 특징으로 하는 금속 산화물 스캐폴드.The metal oxide scaffold of claim 1, for regenerating, healing, substituting or repairing bones. 제1항에 있어서, 20-2000 ㎛의 기공 크기를 갖는 것을 특징으로 하는 금속 산화물 스캐폴드. The metal oxide scaffold of claim 1, having a pore size of 20-2000 μm. 제1항에 있어서, 30-1500 ㎛의 기공 크기를 갖는 것을 특징으로 하는 금속 산화물 스캐폴드. The metal oxide scaffold of claim 1, wherein the metal oxide scaffold has a pore size of 30-1500 m. 제1항에 있어서, 30-700 ㎛의 기공 크기를 갖는 것을 특징으로 하는 금속 산화물 스캐폴드. The metal oxide scaffold of claim 1, having a pore size of 30-700 μm. 제1항에 있어서, 2.2-2.3의 프랙탈 차원 지주를 갖는 것을 특징으로 하는 금속 산화물 스캐폴드.The metal oxide scaffold of claim 1, having a fractal dimension strand of 2.2-2.3. 제1항에 있어서, 0.8-1.2 ㎛3의 내부 지주 부피를 갖는 것을 특징으로 하는 금속 산화물 스캐폴드. 2. The metal oxide scaffold of claim 1, having an internal pore volume of 0.8-1.2 [mu] m &lt; 3 & gt ;. 제1항 내지 제21항 중 어느 한 항에 따르는 금속 산화물 스캐폴드를 포함하는 의료용 임플란트.  22. A medical implant comprising a metal oxide scaffold according to any one of claims 1 to 21. a) 티타늄 산화물을 포함하는 금속 산화물의 슬러리를 준비하는 단계,a) preparing a slurry of a metal oxide comprising titanium oxide, b) 단계 a)의 슬러리를 다공질 폴리머 구조물에 제공하는 단계,b) providing a slurry of step a) to the porous polymer structure, c) 단계 b)의 슬러리를 고화하도록 허용하는 단계,c) allowing the slurry of step b) to solidify, d) 고화된 금속 산화물 슬러리로부터 다공질 폴리머 구조물을 제거하는 단계를 포함하는 제1항 내지 제21항 중 어느 한 항에 정의된 바와 같은 금속 산화물 스캐폴드의 제조 방법. d) removing the porous polymeric structure from the solidified metal oxide slurry. &lt; RTI ID = 0.0 &gt; 21. &lt; / RTI &gt; 제23항에 있어서, 단계 d)는24. The method of claim 23, wherein step d) i) 고화된 금속 산화물 슬러리와 함께 다공질 폴리머 구조물을 500℃로 소결시키고 이 온도를 적어도 30분간 유지시키고,i) sintering the porous polymeric structure together with the solidified metal oxide slurry at 500 DEG C, holding the temperature for at least 30 minutes, ii) 3 K/min으로 1500℃ 내지 1750℃로 급속 소결시키고 이 온도를 적어도 10분간 유지시키고,ii) rapidly sintering at 1500C to 1750C at 3 K / min, maintaining this temperature for at least 10 minutes, iii) 적어도 3 K/min로 실온으로 급속 냉각시킴으로써 수행되는 것을 특징으로 하는 방법.iii) rapidly cooling to room temperature at least 3 K / min. 제23항에 있어서, 금속 산화물 스캐폴드를 플루오라이드; 플루오르; 또는 플루오라이드와 플루오르;로 처리하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.24. The method of claim 23, wherein the metal oxide scaffold is selected from the group consisting of fluoride; fluorine; Or fluoride and fluorine. &Lt; Desc / Clms Page number 20 &gt; 제25항에 있어서, 상기 플루오라이드; 플루오르; 또는 플루오라이드와 플루오르;는 기체상으로, 증기로, 또는 HF, NaF 또는 CaF2를 포함하는 수용액으로 제공되는 것을 특징으로 하는 방법. 26. The method of claim 25, wherein the fluoride; fluorine; Or fluoride and fluorine are provided in a gaseous phase, as a vapor, or as an aqueous solution comprising HF, NaF or CaF 2 . 제26항에 있어서, 상기 수용액 중의 플루오라이드; 플루오르; 또는 플루오라이드와 플루오르;의 농도는 0.001-2.0 wt%인 것을 특징으로 하는 방법. 27. The method of claim 26, wherein the fluoride in the aqueous solution; fluorine; Or a fluoride and fluorine concentration of from 0.001 to 2.0 wt%. 제26항에 있어서, 상기 수용액 중의 플루오라이드; 플루오르; 또는 플루오라이드와 플루오르;의 농도는 0.05-1.0 wt%인 것을 특징으로 하는 방법. 27. The method of claim 26, wherein the fluoride in the aqueous solution; fluorine; Or a fluoride and fluorine concentration of from 0.05 to 1.0 wt%. 제1항 내지 제21항 중 어느 한 항에 있어서, 의료용 임플란트로서 사용하기 위한 것을 특징으로 하는 금속 산화물 스캐폴드.22. The metal oxide scaffold of any one of claims 1 to 21, for use as a medical implant. 제22항에 있어서, 조직의 재생을 위해 사용하기 위한 것을 특징으로 하는 의료용 임플란트.23. A medical implant according to claim 22, for use for tissue regeneration. 제22항에 있어서, 뼈의 재생을 위해 사용하기 위한 것을 특징으로 하는 의료용 임플란트.23. A medical implant according to claim 22, for use for bone regeneration. 제1항 내지 제21항 중 어느 한 항에 따르는 금속 산화물 스캐폴드로서, 상기 금속 산화물 스캐폴드는 골 충전 재료로서 과립화된 것을 특징으로 하는 금속 산화물 스캐폴드.22. A metal oxide scaffold according to any one of claims 1 to 21, characterized in that the metal oxide scaffold is granulated as a bone filling material. 제23항에 있어서, 상기 단계 a)에서 슬러리는 플루오라이드 이온; 플루오르; 또는 플루오라이드 이온과 플루오르를 포함하는 것을 특징으로 하는 금속 산화물 스캐폴드의 제조방법. 24. The method of claim 23, wherein the slurry in step a) comprises a fluoride ion; fluorine; Or fluoride ions and fluorine. &Lt; RTI ID = 0.0 &gt; 11. &lt; / RTI &gt; 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete
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